摘要: 本文分析了摩擦式智能抽油机工作原理和控制要求，提出了用Vacon变频器控制电机提升的方案，此方案实现的摩擦式智能抽油机控制具有起动平稳、高效、节能等优点，具有很好的市场推广价值。
1 引言电动机换向抽油机是机电一体化、高效节能产品。采用高质量的无速度反馈矢量控制型Vacon变频器，Vacon变频器具有可编程功能，可根据用户工艺要求，通过编程可实现用户的特殊时序要求。高质量的Vacon变频器完全可以满足工业环境下应用要求。电机采用具有较好低速性能的变频电机。摩擦轮传动作为工作机构，机械传动路线短，效率高，电机实现了正反转换向，启动换向平稳，冲击小；冲程、冲次可独立进行无级调节，光杆及上下行速度可实现分别控制，能够适合各种油质（稀油和稠油）的采汲。
该机与同型号的常规游梁抽油机相比，机械效率提高了两倍多，系统效率达50%，节约电力46%，并解决了现行设备不能直接抽汲稠油的难题。该抽油机操作方便、使用可靠、便于维修，是常规游梁抽油机理想的更新换代产品。
2 电动机换向抽油机工作原理新型节能抽油机变频控制系统硬件采用可编程Vacon NXP系列变频器，变频交流电动机。配备抽油机控制专用软件。变频器在C槽中加装NXOPTA5编码器反馈扩展卡，D槽中加装NXOPTB1 I/O扩展卡，扩展卡NXOPTA1跳线X2设置为电压输入，变频电动机：功率因数、机械效率可达高,结构简单、工作可靠、适合于频繁正反转。当起动扭矩是额定扭矩的150%时，起动电流仅为额定电流的30%，工作过程无峰值电流。摆线针轮减速机：传动比大、效率高、体积小、重量轻、故障少、寿命长、运转可靠平稳，拆装方便、容易维修，还具有超过载能力强、耐冲击、惯性力矩小，适用于起动频率和正反转的特点。摩擦传动机构：采用摩擦传动方式，钢绳柔性好，寿命长，当发生卡泵时，提升钢绳在轮上发生滑动，保护油杆及油泵。控制箱：操作简单，设有恒温装置，保证电器元件工作在最佳温度状态，控制系统保护措施完善，电机永不烧毁，拥有故障自检显示功能，还设有无线集中监控接口。
2.1 Vacon变频器控制端子接线系统中变频器采用矢量控制型Vacon NXP变频器。变频器控制端子接线图如图1。K1、K2分别是正反转启动信号，K3为故障复位信号，K4、K5、K6为多段速信号。
继电器RO1设为变频器故障信号，此信号送给PLC，继电器RO1闭合时表示变频器故障，系统停止工作。
继电器RO2 设为机械抱闸信号，RO2闭合送出机械抱闸开闸信号，RO2断开送出机械抱闸合闸信号。
输入端子功能为：
1．P1：[AI1+，AI1-] 上冲程参考速度给定电压输入。
2．P2：[AI2+，AI2-] 下冲程参考速度给定电压输入。
3．K1：[DIN1] 启动上冲程。闭合脉冲起作用。
4．K2：[DIN2] 启动下冲程。闭合脉冲起作用。
5．K3：[DIN3] 故障复位及停机端子：变频器报警时，可进行故障复位。变频器运行时，可进行停机。DIN3 复位时，上下限位自动调整值也复位为上下限位调整值。
6．K4：[DIN4] 点动上冲程端子。
7．K5：[DIN5] 点动下冲程端子。
8．K6：[DIN6] 电机运行状态与电机调整状态转换端子。
K6=1闭合：电机运行状态，此时K1，K2信号有效。上下点动信号K4，K5有效，电机点动运行优先运行信号。
K6=0断开：电机调整状态，此时K1，K2 信号无效，上下点动信号K4，K5有效，电机点动运行。
K6=0到K6=1, K6：[DIB6]来两个上升沿把上程脉冲限位值和下程脉冲限位值清零。
9．K7：[DIO1]=1闭合：零制动。故障复位DIN3闭合时变频器不停机，零频给定送给电机给定频率。运行时，上、下点动开关有效时则点动频率送给电机给定频率，否则把电位器给定送给电机给定频率。
K7：[DIO1]=0断开：无零制动。故障复位DIN3闭合时变频器停机。运行时，上、下点动开关有效时则点动频率送给电机给定频率，否则把电位器给定送给电机给定频率。
10．K8：[DIO2] 定位接近开关 。
K8=1闭合：定位接近。K8=0断开：远离定位。
11．K9： [DIO3] 上冲程限位端子。到达限位后变频器输出反转。K3：[DIA3] 故障复位。
12．K10：[DIO4] 下冲程限位端子。到达限位后变频器输出正转。K3：[DIA3] 故障复位。
13．K11：[DIO5] 低温控制开关，<-5℃时闭合变频器21号与22号端子的继电器RO1。
14．K12：[DIO6] 高温控制开关，>25℃时闭合变频器24号与25号端子的继电器RO2。
2.2 抽油机控制专用参数组设置参数组设置为G11
参数说明：
P11.1 K9： [DIO3] 上冲程限位，工作次数，到达此工作次数后变频器停机并发出57号上限位报警。
P11.2 K10： [DIO4] 下冲程限位，工作次数，到达此工作次数后变频器停机并发出58号下限位报警。
P11.3 变频器没有接受到位置信号延时时间，超过此时间变频器停机并发出59号超时报警。
P11.4 计算冲程系数分子（与电动机减速器传动比有关）。
P11.5 计算冲程系数分母（与电动机减速器传动比有关）。
P11.6 每个冲程时间系数分子。
P11.7 每个冲程时间系数分母。
2.3 抽油机设定调整过程1．进入调整状态，闭合K6开关。 上程脉冲限位值、下程脉冲限位值清零，重新设置。
2．如果此时定位块在定位接近开关[DIO2]下面时，则闭合上点动开关K4向上提抽油杆，使定位块从下向上经过定位接近开关[DIO2]后，在定位接近开关[DIO2]之上可用上下点动开关K4、K5把抽油杆提到最高的合适点，此时上程脉冲限位值保存起来。然后闭合下点动开关K5向下拉抽油杆使， 定位块从上向下经过定位接近开关[DIO2]后，在定位接近开关[DIO2]之下可用上下点动开关K4、K5把抽油杆拉到最低的合适点，此时下程脉冲限位值保存起来。
如果此时定位块在定位接近开关[DIO2]上面时，则闭合下点动开关K5向下拉抽油杆，使定位块从上向下经过定位接近开关[DIO2]后，在定位接近开关[DIO2]之下可用上下点动开关K4、K5把抽油杆拉到最低的合适点，此时下程脉冲限位值保存起来。然后闭合上点动开关K4向上提抽油杆，使定位块从下向上经过定位接近开关[DIO2]后，在定位接近开关[DIO2]之上可用上下点动开关K4、K5把抽油杆提到最高的合适点，此时上程脉冲限位值保存起来。
3．进入运行状态，断开K6开关。断电后上程脉冲限位值、下程脉冲限位值保持不变。
4．重新调整上、下程脉冲限位值，闭合K6开关。K6=0到K6=1, K6：[DIB6]来两个上升沿把上程脉冲限位值和下程脉冲限位值清零。
5．进入运行状态，断开K6开关。
6．如果此时定位块在定位接近开关[DIO2]下面时，则闭合K1：[DIA1] 启动上冲程。
7．如果此时定位块在定位接近开关[DIO2]上面时，则闭合K2：[DIA2] 启动下冲程。
8．如果停止运行，闭合K3：[DIA3]停机端子。
9．定位接近开关K8：[DIO2]用K9： [DIO3] 上冲程限位。K10：[DIO4] 下冲程限位保护。到达限位后向相反方向转。
10．K9： [DIO3] 上冲程限位，K10：[DIO4] 下冲程限位。到达限位后向相反方向转。限位工作次数到达P11.1 P11.2工作次数后变频器停机并发出57号上限位、58号下限位报警。K3：[DIA3]=1 故障复位。
11．P11.3 变频器没有接受到位置信号延时时间，超过此时间变频器停机并发出59号超时报警。K3：[DIA3]=1 故障复位。
12．智能补偿由于惯性引起的上、下冲程限位变化。
2.4 Vacon变频器抱闸控制逻辑抽油机停机时需要抱闸控制，利用Vacon变频器具有可编程功能，可根据系统要求编写出特殊控制逻辑。Vacon变频器的编程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一个符合IEC61131-3标准的图形化的编程工具，它可以用来设计Vacon NX特殊的控制逻辑和参数。它包含了基本功能模块和高级功能模块，如各种滤波器，PI控制器和积分器。NC1131-3可以创建参数，故障信息和其他与应用相关的特性。
制动器开闸信号至关重要，开闸时必须保证变频器输出足够大转矩后才开闸，合闸时要在变频器接近零速，但还有一定转矩时就合闸。为保证电机在低转速时大转矩输出，变频器采用闭环控制。通过Vacon变频器编程设计出开闸、合闸逻辑。
开闸条件：变频器有运行信号；变频器输出电流大于设定的开闸电流限制值；变频器输出转矩大于设定的开闸转矩限制值；变频器输出频率大于设定的开闸频率限制值；以上四个条件缺一不可。
合闸条件：变频器输出频率小于设定的合闸频率限制值，且有变频器停机信号；变频器停机；变频器故障；以上三个条件任意一个存在，变频器都送出合闸信号。
3. 实验应用结果分析 该机具有以下优点：
装机容量低、机械效率高，可达80%以上
电动机功率因数COSФ＝1，可提高变电设备的利用率。
电动机起动电流小,当负载为电机额定负载l50%时，起动电流仅为额定电流的30%，
电气系统保护措施完善，不会出现烧毁电机事故。
平衡度高,平衡方式为对称式平衡，可达精确平衡。
抽油杆上、下行速度可分别独立控制、冲程、冲次无级调节，能够很好地适应油井状况从而提高泵效。
该机效率高、能耗低，正常情况下，系统效率可达40-50%。
该机适用于较稠油采汲，恰当调整参数，可有效解决或减轻油杆及油管偏磨问题。
工作系统采用摩擦传动，卡泵时摩擦系统打滑，避免拉断井杆，超载自动停机保护。
整机重心在机架内，不会发生翻机事故,解决了翻机问题,配重在机架内,工作时不会发生配重砸伤人、畜等事故。
维护简单，整机传动部分只有两个油脂润滑点，电气系统具有故障自检显示功能。
操作简单、易行、调整冲程、冲次等参数特别方便,调整冲次几秒钟内即可完成，调整冲程几分钟亦可完成、且不需设
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