抽油机电机保护与自启动控制器-马达保护器

时间：2021-06-25

周晓丽

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：针对采油厂抽油机实际运行中容易出现的故障,设计了一种以STC15F204EA芯片为核心的智能控制器,能够实现对抽油机电机的保护和自启动控制,具有很好的经济效益与应用前景。

关键词: 抽油机；电机保护；自启动；单片机

0 引言
抽油机是油田中基础、常见的设备,被采油厂大规模的使用,但由于雷击、负荷不平衡、电网电压过低等原因经常发生停机和烧毁电机的现象,频繁需要人工去重启和维修。由于分布分散,距离中心站远,人工重启与维修比较费时、费力,不仅影响生产而且维修成本也比较高。鉴于此种情况,设计一款具有保护和重启功能的控制器具有很大的实际意义。

1设计方案与工作原理
本控制器采用以STC15F204EA为核心的单片机控制系统,由电源、报警、启动、暂停及检测等单元组成。图1为系统结构框图。

图1 整体结构框图

控制器通过检测单元实时监视抽油机的工作状态,当发生电网波动、雷击、人为损坏等情况,造成抽油机工作不正常时,通过检测比较三相电机的工作电流,来判断电机是否缺相或过载,如有缺相或过载情况发生,则使电机停止运行,从而起到保护电机的作用。如果电网恢复正常供电、电机负载正常,则通过启动单元自动完成重启工作。抽油机开始运转前,通过声音进行报警,提示附近人员远离,保证安全。

2 硬件系统设计
2.1 系统电源设计
控制器的工作电源是2 2 0 V 、5 0 H z 交流电, 但主控芯片STC15F204EA单片机、键盘电路、LED等,需要提供+5V电压;报警电路需要提供+12V电压。故本设计中又以TOP Switch系列开关电源集成芯片构建一辅助电源。其输入交流电压220V±10%,输出为直流,给单片机提供要求的5V/1A电源。整个电路可主要分为输入整流滤波电路、钳位保护电路、变压器、输出整流滤波电路及反馈电路部分。电源系统电路,如图2所示。

2.2 报警电路设计
图3为电网断电又恢复供电后,重新开机的预警装置,三管Q1为NPN型三管。通电后,电阻R36输出高电平,三管Q1导通,继电器K1使常开开关闭合,使电路导通,驱动预警电动喇叭开始提示电网恢复供电,人员请远离;二管D13起到保护电路的作用。开机前预警电动喇叭提示时间长短,可自由设定,防止多台抽油机同时开机造成电网启动负荷过重。

2.3 启动暂停电路设计
如图4所示,图中所表示的为来电启动电路和故障暂停电路。原理同图4,三管为NPN型三管。通电后,电阻输出高电平,三管导通,继电器把开关闭合,使电路导通,启动整个控制器,二管起到保护电路的作用。

暂停电路原理与启动电路相同,电机转动出现故障后,继电器把常闭开关断开,使电路断路,暂停整个系统的运行。

2.4 检测电路设计
检测电路用来检测三相电机工作电流,判断整个三相电源电路中是否产生缺相,并能检测出电机是否过载。
通过电流互感器T2、T3、T4检测三相电机工作电流大小,串连一个0.1的电阻,将电流信号变换为电压信号,再通过精密整流电路和RC滤波电路,将电压平均值稳定在5V,直接接入单片机。单片机控制AD进行高速采样,然后对采样结果进行运算即可得到被测电流的有效值。

2.5 键盘指示灯设计

图5为控制器的键盘指示灯电路。

智能抽油机控制器前面板有一个指示灯和一个按键,当按键按下时,指示灯为黄色闪动,长时间连续按下时,指示灯变成黄色常亮,同时驱动外接预警电动喇叭发出提示音,提示音播放时间长短由按键按下时间决定,这个时间也是预警启动时间。按键释放,预警电动喇叭停止播放,完成预警时间设定,智能抽油机控制器自动转入正常工作状态或报警工作状态。
抽油机有三种工作状态。正常工作状态:绿色指示灯闪烁,电网供电正常,抽油机工作正常;报警工作状态:红色指示灯闪烁,电网供电正常,抽油机停机;设定工作状态:黄色指示灯闪烁;黄色指示灯瞬间闪烁一次:存储当前工作状态。

3 系统软件设计
本设计的主控芯片采用STC15F204EA单片机,系统软件采用C语言编程。系统的主程序包含A/D采集子程序、读写存储器子程序等。当电网恢复供电时,首先读取存储器状态,判断是人为停机还是电网停机,若是人为停机,系统则不采取任何动作;若为电网停机,将启动喇叭和电机。然后扫描键盘,判断键盘动作;读取电机状态,判断电机状态是否改变。检测电流,判断三相电流是否平衡,若不平衡,将电机暂停。

4.安科瑞智能电动机保护器介绍
4.1产品介绍
智能电动机保护器(以下简称保护器)，采用单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护，并设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口，DC4-20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。

4.2技术参数
4.2.1数字式电动机保护器

5结束语
本文设计的基于STC15F204EA单片机的智能控制器,采用一种简单、实用、低成本的方案,能够在载时保护电机并实现电机停机后的自启动控制,在现代工业生产中具有重要的作用,用它来对油田使用的抽油机恢复供电和保护电机,给采油厂带来大的方便,节约大量的人力和物力。

参考文献
[1]杜豫平,庄乾成,周西峰.三相电机智能监控器设计[J].电子质量,2013,7(3):47-50.
[2]张晓东，童少为.抽油机电机保护与自启动控制器设计
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版

18721096061

词条
词条说明
消防应急照明疏散指示在大连六院传染病房改造项目应用
本文通过对大连六院传染病房改造项目应急照明和疏散指示系统项目的介绍，阐述安科瑞A100/B3应急照明和疏散指示系统在医院场所中的组网架构与实际应用，展现其功能及其重要意义。1、大连六院传染病房介绍： &nb
镇江吾悦广场远程预付费电能管理系统的设计与应用
周晓丽 1安科瑞电气股份有限公司，上海嘉定 201806；摘要：介绍镇江吾悦广场远程预付费电能管理系统，采用智能预付费仪表进行远程分合控制，达到预付费使用功能。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-3200型远程预付费电能管理系统实现配电回路用电的收费和能效管理。关键词：商业综合体;预付费电能表；预付费电能管理系统 0 概述
金川河泵站供配电系统改造电力监控系统的设计和应用
周晓丽安科瑞电气股份有限公司上海嘉定摘要：介绍金川河泵站供配电系统改造电力监控系统，采用智能电力仪表采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-2000Z型电力监控系统实现配电回路用电的实时监控和电能管理。关键词：泵站；智能电力仪表;Acrel-2000型；电力监控系统 0 概述
矿山变电所智能电力监控系统解决方案
周晓丽（安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801）摘要：随着煤矿建设的智能化程度越来越高，构建智能电力监控系统实现对矿山生产的有效监控至关重要。首先分析了矿山电力监控系统存在的主要问题，其次重点介绍了基于智能矿山电力监控系统的设计过程，后提出了加强智能电力监控系统的措施，以**智能电力监控系统的正常使用。关键词：智能矿山；电力监控系统；应用方法0引言 &n