基于PLC的直线同步电机控制系统的设计

摘 要

本文介绍了直线同步电机的发展、原理、结构和特点，以及它的控制方法。随着节能要求的提高，直线同步电机逐渐应用于石油开采行业。在详细了解游梁式抽油机和井外式直线电机抽油机的使用情况后，为了解决游梁式抽油机效率低、能耗高和井外式直线电机抽油机不能应用于斜井的问题，本课题设计了直线同步电机抽油机系统。

潜油式直线同步电机抽油机，顾名思义就是直线同步电机装在井下的抽油机。这种抽油机也是采用直线电机做驱动装置，不同的是将电机装在井下，将定子固定在井壁，通过做直线运动动子驱动抽油装置做往复运动实现抽油。不需要使用做垂直运动的抽油杆来驱动抽油泵，解决了斜井的抽油问题。这种抽油机能够应用在斜井、深井，扩大的应用范围，有非常好的应用前景。

文章主要设计了基于欧姆龙CMP1A可编程控制器和汇川MD320变频器的潜油式直线同步电机抽油机控制系统；设计了上位机程序、PLC程序及上位机和下位机的信号通信。

该抽油机控制系统能够实现抽油机高效运行，能够达到节能降耗和提高产量的目的，并将大大提高抽油机系统自动化程度，节约油田的成本。该系统具有控制精度高，运行可靠性高，操作简便等特点，达到了油田生产的要求。它还能够应用在深井和斜井，具有一定的推广价值。

关键词：潜油式直线同步电机；抽油机；可编程控制器；组态王

绪 论 1

1  直线同步电机控制系统硬件介绍 3

1.1  直线同步电机介绍及其发展 3

1.1.1  直线同步电机的特点、分类与原理 3

1.2  抽油机及其发展 4

1.2.1  游梁式抽油机 4

1.2.2  井外式直线电机抽油机 5

1.2.3  潜油式直线同步电机抽油机 7

1.3  本章小结 7

2  控制系统所用的主要设备 8

2.1  永磁直线同步电机 8

2.1.1  永磁直线同步电机原理概述 8

2.1.2  永磁直线同步电机的优点 8

2.2  PLC可编程控制器 9

2.2.1  PLC技术的发展 9

2.2.2  欧姆龙CPM1A可编程控制器 12

2.2.3  PLC控制系统接线图 13

2.3  变压器的选型设计 15

2.3.1  安全性 15

2.3.2  可靠性 15

2.3.3  环保特性 15

2.3.4  技术参数 15

2.3.5  使用条件 16

2.3.6  具体型号和参数 16

3  控制系统硬件设计 17

3.1  控制系统技术要求 18

3.1.1  直线同步电机为交流永磁同步电机 18

3.1.2  控制系统调整的参数 18

3.1.3  电机控制系统面板显示项目 18

3.1.4  开环控制系统应具备的功能 18

3.2  控制系统原理及其框图 19

3.3  控制柜设计和电源进线设计 20

4  控制系统软件设计 22

4.1  PLC程序设计 22

4.1.1  潜油式直线同步电机抽油机运行程序设计 23

4.1.2  PLC系统I/O地址分配 25

4.1.3  PLC程序及其功能描述 25

4.2 组态画面的设计 28

4.2.1  建立组态王新工程 29

4.2.2  创建组态画面 31

4.3  控制系统的通信 33

4.3.1  Host Link 通信 33

4.3.2  上位机组态王与PLC之间的通信 34

结 论 36

参考文献 37

致  谢 38

附录A 39

附录B 47

附录C 53