1系統開發的必要性
為了提高勝利油田採油設備工作狀態參數的實時綜合測試和控制水平，保證油井高產量、高效率生產，及時發現並處理設備可能存在的隱患或發生的故障，並對盜油等行為進行及時的監測和制止，必須實施採油的自動監控和管理。同時，在勝利油田採油設備中，以游梁式磕頭採油機應用最為普遍，數量也最多。但傳統的磕頭機普遍存在著起動衝擊大，運行耗電多，效率低下等諸多問題，加之油井情況複雜，斷桿、燒電機等現象經常發生，對電動機沒有可靠的保護功能，設備維修量大，急需對現有的採油機設備進行改造。為此，我們利用泓格的 I-7188EXD 以及 I-7000 模塊對大沙庄的 12 台採油設備採用了分散式變頻採油控制方式，其應用效果十分明顯。
2 工作原理
2.1 恆速採油的弊端和變頻採油的必要性
作為採油設備，其運動為反覆地上下提升，一個衝程提升一次，其動力來自於電動機帶動的兩個重量相當大的鋼質滑塊，當滑塊提升時，類似於槓桿的作用，將採油機桿送入井中，滑塊下降時，採油桿提出帶油至井口，由於電機轉速一定，在滑塊下降過程中，負荷減輕，電機拖動產生的能量勢必進入再生髮電狀態，造成主迴路母線電壓升高，頻繁的高壓衝擊會損壞電機，對電動機沒有可靠的保護功能，一旦電機損害，造成生產效率降低、維護量加大，極不利於抽油設備的節能降耗，給企業帶來了較大的經濟損失。假如採用變頻調速技術，效果則完全不一樣：根據電機理論可知，其轉速公式為：n=60f/p×(1-s)。其中：P 為電動機的極對數，s 為轉差率，f 為供電電源的頻率，n 為電動機的轉速，可看出，電機轉速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調節電機轉速，而對於變頻器而言，其頻率的調節範圍是很寬的，可在 0～400Hz 之間任意調節，因此電機轉速即可以在較寬的範圍內調節。同時變頻調速器具有低速軟啟動，轉速可以平滑地大範圍調節，對電動機保護功能齊全，如短路、過載、過壓、欠壓及失速等，可有效地保護電機及機械設備，保證設備在安全的電壓下工作，具有運行平穩、可靠，提高功效等諸多優點，是採油設備改造的理想方案。在本系統中為防止採油滑塊提升時對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，最高頻率設在 50Hz。
2.2 系統架構
根據上述分析的變頻控制原理，控制系統必須有控制器以及相應的控制模塊，由於抽油設備均在野外工作，基本上處於“無人看管”的工作狀態，採用工控機等之類的控制器顯然是不合理的，而泓格的嵌入式網路控制器 I-7188EX 具有 PC 的一切控制功能，只要將其安裝在防雨、防電等場合，便可工作，同時利於現場安裝，滿足設計要求。為此，圍繞 I-7188EX控制器，必須有相應的功能模塊與之配合才能完成控制任務，為此我們選用了 I-7024 模擬量輸出模塊，讓其輸出的模擬信號作為變頻器的輸入控制信號，I-7060 作為相應控制開關的控制模塊、I-7017 實時採集輸油管路的流量，控制系統的架構圖見圖 1 所示。由於下庄採油隊有 12 台抽油機，為便於“集中管理、分散式控制”，在小隊的控制室安裝有一台監視控制計算機，主要用來管理 I-7188EX，並且實時記錄流量、工作日誌、設備運行的健康狀態。由於小隊的控制室遠離採油廠的採油統計中心，因此，巡視人員將定期攜帶移動式筆記本電腦通過 HUB 與控制計算機採用 TCP/IP 協議下載控制計算機的記錄參數，然後回採油統計中心將各個採油分隊的記錄參數匯總、統計，達到了對採油設備工作狀態參數的綜合測試以及管理的目的。在圖 1 所示的架構圖中，I-7188EX 與 I-7000 模塊採用 RS-485通信、I-7188EX 與控制計算機採用 TCP/IP 通過 HUB 相連並通信，從而實現了分級控制、分級管理，利於維護、安裝、移動和拆卸，是一種比較優良的採油設備控制系統。
2.3採油變頻調節過程
變頻採油是當滑塊下降過程時，經 I-7188EX 邏輯判定,將控制信號通過 I-7024 送至變頻器，調節變頻器的輸出頻率，讓滑塊根據井口真空度以及電機所帶負荷變速下降，當採油滑塊提升時，為防止油錘現象的產生，採油泵的啟停將採用聯動方式，即三台油泵共一個出口閥門。變頻聯動方式有變頻泵固定方式和變頻泵循環方式。變頻泵固定方式最多可以控制7 台泵,可選擇“先開先關”和“先開后關”兩種順序關泵;變頻泵循環方式最多可以控制 4台泵，系統以“先開先關”的順序關泵。本系統採用變頻泵循環方式，這樣，將 3 口油井的採油泵採用變頻聯動方式採油，不僅降低了能耗，保護了電機，更為重要是使輸油管路的壓強恆定，流量恆速，利於計量與管理。
