6ES7221-1EF22-0XA0型号大全

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目前，国内外许多电力拖动场合已将矢量控制的变频器广泛应用于通用机械、纺织、印染、造纸、轧钢、化工、石油等行业中交流电动机的无级调速，已明显节能效果并满足工艺和自动调速要求。目前油田节能降耗，建造数字化油田已成为中国石油行业的发展目标。采用变频调速及无线通信系统能对油田油井的运行状态实时监控，远程调整运行状态。从而降低工人劳动强度。使抽油机运行在理想状态。本文以PL-ZNCY系列变频远程监测控制系统介绍其工作原理及在油田中的应用情况。

一、 前言
我国的油田绝大部分为低能、低产油田，不像国外的油田有很强的自喷能力，大部分油田要靠注水来压油入井，靠抽油机（磕头机）把油从地层中提升上来。以水换油、以电换油是目前我国油田的现实，电费在我国的石油开采成本中占了相当大的比例，所以，石油行业十分重视节约电能、增产、减少设备维护等。
目前据统计我国抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，年耗电逾百亿KW·h。抽油机的运行效率特别低，在我国平均运行效率为 25.96％，国外平均水平为30.05％，年节能潜力可达几十亿KW·h。除了抽油机之外，油田还有大量的注水泵、输油泵、潜油泵等设备，总耗电量过油田总用电量的80％，。可见，石油行业也是推广“电机系统节能”的行业。
抽油机节能，其方案是采用变频器对其电机拖动系统进行改造，抽油机改用变频器拖动后有以下几个好处：
1）大大提高了功率因数（提高到0.9以上），大大减小了供电（视在）电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可省去大量的“增容”开支;
2）可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，一方面达到节能目的，同时还可以增加产量;
3）由于实现了真正的“软起动”，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率。
但是，变频器用于抽油机电机时，也有几个问题需要解决。
（1） 冲击电流问题
如图1所示，游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100％时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。因为，抽油载荷是每时每刻都在变化的，而平衡配重不可能和抽油载荷作一致的变化，才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此，可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术

（2）电磁干扰（EMI）问题，即变频器对微电脑控制器，传感（变送）器及通信设备的干扰问题。因为变频器是一个很强的电磁干扰源，变频器中的开关器件，以及产生的SPWM电压波形，会对控制及通信系统造成很大的干扰。干扰的途径，除了感应，辐射之外，也包括传导干扰。

（3）谐波干扰问题，变频器对输入侧产生谐波对变频器而言只要有整流回路就将产生非线性引起的谐波，按傅氏级数可分解基波和各次谐波，通常含有 6m+1(m=1,2,3,…….)次。在变频器逆变输出回路中输出电压输出电流均有谐波。由于变频器是通过CPU产生6组脉宽可调的SPWM波控制三相 6组功率元件导通/关断，从而形成电压、频率可调三相输出电压。其输出电压和输出电流是由SPWM波和三角波的交点产生的，不是标准的正弦波用傅氏级数分解电压方波和电流正弦锯齿波可分析出包含较强的高次谐波成分。

因此变频器的谐波产生危害不可忽视对容量大的电力系统影响不是十分明显，但对于电力系统容量小的系统谐波的产生不可忽视。它对公用电网是一种污染，使电设备所处的环境恶化，给周围的通信系统和公用网以外的设备带来危害。主要表现在一下几点：1、谐波使电网中电器元件产生附件的谐波损耗，降低输变电及用电设备的效率。2、谐波会引起电网中局部串联或并联谐振，3、电流谐波将增加变压器铜损。4、谐波引起电动机附加发热，导致电动机额外温升并影响电机绝缘。
（4）性和环境适应性问题
由于抽油机都在环境恶劣的野外工作，并且很多油井是无人值守的，所以，对变频器的性和环境适应能力提出了很高的要求：既要选用性指标高的变频器，又要给变频器在野外恶劣环境下工作创造必要的条件，如设计防护等级高的双层密闭隔垫（保温）控制柜，对昼夜温差大的地区，柜内设计强迫风冷系统，可以将柜内的热量排出，并在柜底设计有冷空气入口，使之适合在夏季沙漠高温环境中使用。并使控制柜避免阳光直接照射及雨淋。

二、PL-ZNCY系列变频监测控制系统

PL-ZNCY系列变频监测控制系统是保利深远（北京）新能源科技有限公司依靠自身研发，技术力量为打造人性化，智能化，数字化油田而设计的高科技变频监测控制系统。本公司以能源科技产品和工业自动化控制产品为的高科技产品的研发、设计、生产及服务为一体，产品包括矢量型变频器、工业自动化控制系统，抽油机（螺杆泵）变频智能监测控制柜、太阳能、风能及互补系统、便携式电源、野外照明系统等。公司秉承：“为社会创造效益，为用户创造，为员工创造机会”的企业文化和“诚信务实，服务”的企业精神，以“，设计，开发”为理念吸纳了大批人才的*。雄厚的技术力量，的方案设计，的检测设备，的信息交流，现代化的管理体制，使公司成为研究开发、生产制造、市场营销、工程设计、安装施工和售后维护服务于一体的企业。

PL-ZNCY系列变频监测控制系统代表着当今抽油机节能控制技术的一项性突破。尽量使抽油机的工作方式与油井的实际负荷及环境条件相匹配，提高抽油机的充满度，从而提高电动机的效率与功率因数，达到节能增产的目的。

1、PL-ZNCY系列抽油机变频监视控制系统是综合国内外技术，针对抽油机的特殊负载情况专门设计的具有变频控制，远程监视等高科技产品。

该系统保留了游梁式抽油机诸多优点，结合的采油工艺，综合计算机技术、自动控制技术、电力电子等技术实现抽油机的智能控制：抽油机冲次和上下冲程速比无级调节，优化抽汲参数，达到增产、节能、自控的目标，终提高抽油系统的系统效率。系统的人机接口界面设计其简单，为现场人员的使用及维护带来大方便。特别适用工作环境特别恶劣的油井，需要间歇工作的油井，经常断杆的油井，经常结腊的油井，经常改变井况的油井。

1.1产品设计原理：

该系统使用的关键设备变频器符合欧洲CE低压电器标准，符合UL508C电力转换设备标准，以及符合EN50081/2电磁兼容性EMC标准，

且有为抽油机专门设计的功能，内含直流电抗器，输入电抗器，输出电抗器，减少了对电网的谐波干扰，提高了电网质量；谐波符合标准 IEC61000-2-2各次谐波电压含有的THDV8%，内含RFI无线电射频干扰滤波器，大改进了抗干扰和抗雷击功能；内含制动单元，能够有效地释放制动能量，形成集成控制，适应抽油机的特殊应用。抽油机变频监测控制系统是以“以人为本”设计理念使产品具人性化。能进行远程状态监视。根据各种功能模块和相应的传感器的检测，将油井实测的相关数据、参数通过无线网络传输至数控进行运算比对，并通过矢量变频调速技术对抽油机进行动态监测控制，以达到节能的自动化、数字化的控制目的。人性化的设计能进行通过HMI(人机交换界面)完成远程参数设定、 运行数据、状态显示、功图、日产油量等参数。

1.2． 变频器单元作为变频调速技术的实施单元，是整个系统重要的器件之一，本系统配置的是保利深远（北京）新能源科技有限公司生产的矢量型PL-900系列变频器。PL-900系列变频器是沿续通用变频器，在 V/F 控制上标准装备了矢量控制。可实时电机功率及输出转矩。变频器额定电压380-440V，额定功率范围5.5-75KW，过载能力为：200%*60 秒。

开关环磁通矢量控制及开，闭环V/F控制可自由选择。

适合机械特性负载，针对流体负载和实际工况可酌情降档使用。

低速高启动转矩，低速转矩可达150%额定转矩（100~300可设定）。

速度控制范围可达1:1000(在闭环控制模式下)。

速度控制精度可达 0.02%，频率精度可达 0.01%，输出频率分辨率可达0.01HZ。

加速时间可设定0.01秒，动态响应良好，负载适应性强。

具有滑差补偿，转矩补偿，速度控制（ASR），键盘数据复制，自学习。

PID调节，计时，节能，追逐防止等多种功能。

具有多功能输入，输出端子功能，多功能模拟输入，输出功能及串行通信接口。

具有7种参数的在线监视功能。

具有电机保护，瞬时停电处理及失速防止，频率检出，异常复位，过力矩输出，力矩限，硬件保护功能及诊断功能，将避免机器可能发生的意外损坏。

特，的主回路设计及报警功能，将保证整体的高性。

具有中、英、德等七种语言显示，界面友好。

1.3：电动机监控单元是我公司针对油田电机而专门开发的电动机监控单元用户可以监控线电压，相电压，有功功率，功率因数，电流等电参量。对电动机有启动堵转、过载、欠压、过压、缺相、短路、欠载报警保护功能

1.4：无线载荷位移模块用于采集示功图，位移，冲程，太阳能供电锂电池。频率426-441MHZ，低功率发射，高灵敏接受，抗干扰能力强，符合欧洲ETSI(EN300-220-1和EN301-439)及（15.247和15.249）认证规格。对油井的油压，油温进行无线传输，对油井的运行状态实时监测。

1.5 温控单元 抽油机控制柜中的电器组件对温度都有严格要求，因此检测和控制控制柜内温度。本单元主要器件包括温控仪、风扇，温度传感器和加热系统等。适应范围广 -40℃-75℃ 特别适用于沙漠高温及北部寒冷地区。

1.6 户外标准柜体，设计，双层保温设计， 防风沙 ，防护等级高。

2、产品特性：

针对国内各大油田的实际状况本产品在设计上处于地位的人性化设计具有工频和变频，手动和自动，远程和就地等多种工作模式的选择。远程给定频率调节冲次，大的减少油田工人劳动强度，

本设计在国内大庆油田、吉林油田、克拉玛依油田已得到广泛应用节电效果明显操作简单等受到

系统方案与特点

梯级泵站输水综合自动化系统由通信系统、泵站计算机监控系统、视频系统、变电站综合自动化系统等组成。

系统采用采用开放式分布式实时控制系统结构，调度主机、操作员站及现地LCU采用双机冗余配置，骨干网络采用SDH环型二纤通道保护网络，控制局域网采用100M工业级光纤环形以太网，系统采用64位计算机系统。

通信系统：以SDH传输技术为主，结合PBX及以太网交换技术，为用户提供丰富的多种业务通信平台，满足当前和今后业务的需求。以各级泵站（）为节点，组成骨干网络，各节点间隔接入，形成环型二纤通道保护网络。采用155M（622M或高） MSTP传输平台，支持TDM业务和IP数据业务传送。骨干网可以在一个机架上提供2M到155M的各种TDM接口，同时也提供10/100M接口用于构架IP数据网络。

语音解决方案
语音采用PBX方式，调度安装128门（或多）程控数字交换机，通过综合数字复用终端利用SDH 2M接口将各级泵站电话接入调度交换机，同时还可以为各级泵站提供低速数据接口，交换机统一从调度接入公网，采用一号信令系统，SDH传输网络提供互连链路。

数据传送解决方案
低速的测控数据，可以占用TDM的64kb/s双向通道传送。对外接口可以是RS-232、RS-422、V35、G703、模拟音频接口（使用 Modem）。中高速数据可以占用TDM的N×64kb/s至N×2Mb/s通道传送。测控数据一部分经接入网到（分）落地，经（分）对应的信息处理系统筛选和处理后向调度上报。

以太网组网方案
MSTP 155M SDH传输平台提供10/100 M以太网接口，使骨干节点间以高速连接，将各（分）局域网互连起来，组成完整的信息系统。各（分）配置以太网交换机，支持VLAN划分。
视频传输方案
在调度、各级泵站的重要地点设置摄像机、云台等，经距阵切换、数字压缩后通过通信网传输至调度。通常图象远距离传输采用编解码的传输方式，在分辨率为720 × 576时每路图象占用带宽为2M。
计算机监控系统：由基于计算机控制的调度监控系统和各级泵站监控系统组成。每个计算机监控系统由网络交换机、服务器、各应用系统工作站和PC机组成局域网，通过155M MSTP传输平台的10/100M以太网接口构架的IP数据主干通信网进行整个输水系统信息交换，构成梯级泵站输水系统计算机通信网，实现信息共享。
调度监控系统：由双机冗余的调度管理主计算机、双机冗余的调度员工作站、通信服务器、工程师/编程员站、培训终端、模拟屏和DLP大屏幕投影系统、电话告警计算机系统、数据备份与存储系统、办公自动化网络系统等组成。
泵站监控系统：采用开放式分布式实时控制系统结构，在不同处理器上具有支持应用程序和联合数据库的能力。监控系统由站控级（集中控制级）和现地控制单元（LCU）组成，采用100M工业级光纤环形以太网。站控级设置双机冗余的操作员站、通信服务器、模拟屏、GPS对时等设备；现地控制单元包括机组 LCU（每台机组一套）、泵站公用LCU、变电站LCU，采用双机冗余的PLC为控制器，并设置LCD触摸屏、SOE模块以及智能I/O装置，支持多种通信协议。

系统功能
# 在泵站控制级和调度远方监视和操作整个输水系统；
# 全线输水的优化调度；
# 全线输水量控制；
# 全线输水流量平衡控制；
# 全线输水经济运行；
# 对包括事故在内的特殊情况的分析和处理；
# 输水系统的开机控制；
# 输水系统的停机控制；
# 单泵站APC（自动抽水控制）和单泵组APC功能；
# 自动水质监测（泥沙含量自动在线监测）；
# 收集系统运行统计资料并提供相应；
# 接收工程观测的有关信息以便输水调度采取相应的措施；
# 供水过程在线和离线、测试，并提供完善的培训功能；
# 梯级泵站视频；
# 梯级泵站语音通信与生产调度；
# 与消防系统通信；
# 与水资源调度系统的通信；
# 与水情预报系统通信；
# 与管理MIS系统通信；
# 运行管理
点和效益
通过对宁东调水工程全线自动化系统从项目确立至工程运行验收全过程的研究、讨论、分析、总结，利用所得出结论形成了当前宁东调水工程全线自动化系统的实际成果。
宁东一期供水工程通讯及综合自动化系统工程在水务业界具有相当程度的样板性，应用了上的自动化技术，充分体现出我国引水工程自动化的较高水准。在考虑采用技术的同时还要考虑技术的成熟性。系统的配置与选型，网络的型式与网络的结构，符合计算机发展的趋势并是当前的主品。配置次产品，以保证在今后相当长时间内不需要新换代，在较长时间内，保持系统的技术性，保护工程的一次性投资。并在以下方面了性重要成果。
1) 64位计算机集制技术
宁东一期供水工程中两座泵站、一座水库和调度四个节点的计算机系统均采用64位计算机，组成四个64位计算机集群，实现供水全线的自动控制、运行监视、优化调度和生产管理。计算机采用64位SMP结构的SUN Blade2500工作站，该工作站采用计算机主流技术的64位RISC处理器，运行Solaris 9 UNIX操作系统，具有、多任务、多用户特点,支持多显示器图形解决方案。配套开发的64位实时软件，采用分布式数据库管理系统，具有强大的异地数据备份、灾难恢复功能和分布式操作控制功能。应用技术达到水平。
2) 基于UNIX操作系统平台的64位实时软件技术
MOSAIC（MITS Open System Architecture for Instrumentation and Control）是LogicaCMG公司推出的实时软件，为了满足宁东一期供水工程64位计算机集制系统的要求，进行了适应性开发，使其将企业的关键性运行系统与企业的其它信息系统地融为一体。

软件采用全分布式的通讯结构，使数据采集、处理和显示能随意地在网络上的任何地点同时进行，进而也改进了系统的层次化和性。可在 LAN 和 WAN 上对不同地方的相同的数据库进行实时和同步的新以保证数据库的完整性，使得数据库的性得到了大的改进。它包括数据库管理系统、图形用户界面务管理器，尤其适用于关键性的操作、控制和辅助决策系统。
服务管理器在系统中起着协调所有过程和确保系统的高性及容错性的作用。分布式数据库管理系统允许应用软件将数据分布到各个控制，远程工作站和微机上。在故障发生和故障恢复重新启动的过程中，能保证任何应用软件运行之前数据库恢复到同步状态，使系统具有强大的分布式的操作控制和灾难恢复功能。此类64位软件在国内引水工程中应用。

3) 部件热插拔技术
系统设计中大量采用了支持热插拔功能的部件或设备，如CISCOC 3745路由器的热插拔功能可在大限度降低对网络可用性影响的前提下换和维修网络模块、可实现RPS的联机换和维修、可对风扇托架进行联机换；HP部件热插拔技术应用使得服务器具有硬盘、扩展PCI-X插槽、电源等部件热插拔功能；TSX Quantum系列PLC的热插拔功能保证了其所有模板的联机换和维修。热插拔技术的应用大大缩短了设备平均维修时间（MTTR），提高了系统的可用性和性。
4) 基于SDH的MSTP（多业务传输平台）技术
以往的梯级输水工程中较多的采用传统的SDH，提供单一的TDM业务。本项目中采用基于SDH的多业务传送平台（MSTP）(Multi-Service Transport Platbbbb)，支持TDM业务和IP数据业务传送，并提供统一网管，组建骨干通信网络，实现语音、图像、数据的实时传输。
语音采用PBX方式，调度安装128门程控数字交换机，通过综合数字复用终端利用SDH E1通道将各泵站电话接入调度交换机，交换机统一从调度接入公网，采用一号信令系统，SDH传输网络提供互连链路。
视频图像信号采用数字压缩技术通过SDH E1通道实时传输，图像分辨率为720 × 576。视频控制信号采用RS422协议，通过SDH设备低速数据接口，由SDH传输网络提供互连链路，组成星形网络。
MSTP 传输平台提供10/100 M以太网接口，使骨干节点间得以高速连接，将各（分）局域网互连起来，组成完整的信息系统。采用多业务平台MSTP的技术，保证了通信系统的性。
5) 光纤自愈环网技术
为了减少运行环境相对恶劣的泵站（水库）计算机监控系统局域网线路破损造成的网络通信中断故障，计算机监控系统局域网采用工业级交换机组成100M光纤自愈以太环网。工业级交换机采用内部冗余24VDC电源设计，无风扇工业级结构设计，MTBF >171000小时，可以实现容错冗余环，发生故障时反应时间（切换时间）< 500 ms。环网自愈技术，大大提高了现场级局域网的性。

6) 热备、冗余技术
为了确保关键环节的性，采用热备、冗余设计以防止随机失效，主要涉及调度管理主计算机、调度员/操作员工作站、泵站机组LCU、控制电源、骨干通信网络、计算机监控系统局域网。
所有调度管理主计算机、调度员/操作员工作站均采用双机热备，一台设为主机，一台设为从机。软件通过不断地监测主、从机的工作状态来保证系统高运行，当故障发生时，相应的备份单元瞬间即可完成自动切换，因此保证了监控数据和状态的连贯性，实现无扰动切换。
泵站机组LCU的热备冗余设计包括CPU热备冗余和输出通道冗余，当主处理器失效时，热备处理器能进行无扰切换，后备机将在48ms之内接替主控机的功能，管理远程I/O，用户不需任护即可继续系统运行。输出通道冗余保了水泵电机主断路器的分闸。
AC220V、DC220V双路冗余供电方式确保系统不因控制电源消失而失控。
骨干通信网络利用基于SDH的MSTP传输技术，采用二纤单向通道保护倒换环，局域网采用光纤自愈以太环网设计，确保系统不因通信线路破损造成的网络通信中断故障。
热备、冗余技术在综合自动化系统中的应用，使关键环节保证任务不中断，电源薄弱环节得以加固，环节得以多重保护，大大提高了系统的性。
7) 远距离图像传输与控制技术
宁东一期供水工程视频系统是一个远程监控系统，各（分）具有本地视频功能，同时在调度具有远程监控能力，采用数字多媒体监控系统能有效的解决模拟监控系统在视频远程传输上的难题。
采用网络编对图象进行数字压缩解压，在SDH通信网上进行图象传输，网络编由编码器、二个部分组成，经距阵切换后的模拟视频信号通过编码器实时转换成数字视频流，经SDH E1接口传输到调度，调度由接受数据将其还原成模拟视频信号。采用数字压缩技术图像分辨率达到720 × 576，可实现的图像在2M线路的实时传输。
视频控制信号采用RS422协议，通过SDH设备低速数据接口，由SDH传输网络提供互连链路，组成星形控制网络。
对工程视频的图象、声音、数据、控制信号采用数字化处理，使其在一条通信线路上即可实现多种信息的远程传输，同时保证了系统对图象清晰度和传输实时性要求。
8) 多级泵站水锤分析和防护技术
宁东一期供水工程具有自身的特点，即：工程布置呈“刚性连接”、输水管道长、管道布置存在多处局部凸起或变坡等，因此易在管线中发生“水柱分离及其再弥合”现象，将可能导致很大的水锤压力上升，对管线及水泵机组造成大的损害。
通过对各种事故工况的水力过渡过程及水锤防范措施进行计算分析，在管线得四个变坡点设置单向调压塔、在各水泵出口设置具有快关和慢关的两段关闭液控止回阀，使得管线中出现的大水锤压力得到了良好的控制，水泵大倒转飞逸转速满足泵站设计规范要求。事故防范，提高了系统性。