智能控制柜设计与应用

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1、智能控制柜设计与应用摘要:智能设备大多具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵 敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动化控制系统可精确地保证机 械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，从而实现最佳操作，由于机械自 动化产品实现了工作自动化，所以生产力大大提高。自动化智能化产品可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同 用户对象的需要以及现场参数变化的需要，提出了智能控制柜的设计，并制定优 化方案，实现自动化最优化操作。关键词：智能，自动，控制一研究的目的和意义1.1 目的：机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的 过程，其目标是“稳，准，快”

2、。智能自动化技术广泛用于各行各业。采用自动 化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环 境中解放出来，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。 自动化设备不仅让企业更好控制开支预算，也提高工作效率。1.2 意义：智能配电柜从自动控制、自动调节、自动补偿、自动识别等发展到自我学习 自我组织、自我维护和自我修复等更高程度的自动化。自动化技术在机械制造业 领域中的应用，使得智能自动化的内涵又有了新的发展，主要体现在以下几个方 面：第一、从形式方面来讲，智能自动化主要表现在代替人的体力劳动，繁重的 体力劳动不再有人去付出，而是通过自动化的机械去完成；采用智能

3、技术实行自 动化处理，可以根据指令或者模拟人工智能等来完成简单的自行操作和处理，工 作人员、机械以及自动化设备之间成为一个系统，这个系统能够实现协调的运作 和控制，并不断地得以优化。第二、从涉及面来讲，智能自动化技术不但涉及到具体设备制作运行过程， 还涉及到产品的整个生命周期。智能自动化技术贯穿于整个机械制造过程的始终 能够最大限度地降低人力、物力和财力的消耗，并能最大限度地提高生产效率， 能够为企业创造更高的经济效益。1.3 本文的主要内容机械举升工艺技术中，抽油机有杆泵举升最广泛和最成熟的举升工艺，但是 系统效率偏低、能耗高、检泵周期短和维护工作量多是制约其发展的主要问题。 相对于其他举升

4、工艺，有杆泵仍是适应性最高的举升工艺，因此对抽油机举升工 艺升级和突破，向着高效、节能、可靠的方向发展是人工举升主要攻关方向。抽油机智能配电柜，用于抽油机设备。控制系统是匹配柔性光杆超长冲程抽 油机的控制系统，根据现场和用户的要求，系统综合了变频技术、自动化控制技 术和通信技术，要求系统的可靠性高、操作灵活简单、结构紧凑、画面直观，设 备可进行智能控制，根据需求，进行设备远程启停、数据传输和监控等功能。实 现工作效率高、节能效果好、系统稳定性高、智能化程度高、维护成本低、安全 系数高的要求。1.智能自动化的定义和发展趋势2.1 智能自动化的定义智能自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程

5、）在没有人或较少 人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控 制，实现预期的目标的过程。智能宜动化技术广泛用于各行各业。采用自动化技 术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中 解放出来，极大地提高劳动生产率。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技 术现代化的重要条件和显著标志。2.2 智能自动化的发展趋势现代生产和科学技术的发展，对设备的自动化技术提出越来越高的要求，同 时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70 年代以后，自动化开始向复杂的系 统控制和高级的智能控制发展，实现更大规模的自动化。自动化的应用正从工程 领域向非工程领域扩展

6、。自动化将在更大程度上模仿人的智能，并得到迅速发展变频器在行业应用面上也越来越广，因其功能也进一步提升并多样化，一方 面是全数字化、功能齐全、能够补偿负荷变化的自适应、调谐技术，特别是分布 式具有通信、联网功能和集成 PLC 的高端变频器；另一方面是简易或专用的变频 器，机电一体化的变频器。就开展控制技术而言，DTC直接转矩控制、无传感器 矢量控制时发展方向。射频识别技术（RFID）的突起，它促使机器视觉及其系统的迅速发展；和视 觉系统连在一体的是运动控制系统，它更趋向高度智能化。自动化技术的发展将 使我们尽快实现节能、环保、安全、高效这四大目标。三、控制柜的设计方案:3.1 控制柜的使用范围

7、控制柜使用于石油设备中，驱动电机经过连接机构使抽油杆往返运行，类似 于举升行业的设备。3.2 控制柜原理设计自动化控制柜使用变频器驱动电机、PLC进行运行逻辑控制、人机界面显示 设备运行的状态及参数调整，通过外围电路设计，完成整个控制系统。3.2.1 运行位置计算控制柜通过接近开关（传感器）感应来计算设备的实时位移。3.2.2 设备运行及换向设计设备是按照设定的频率进行运行，启动时先加速运行到设定的频率，然后按 照设定的频率匀速运行。设备到运行换向位置提前三个计数点进行减速，到换向 位置点时停机然后换向运行。3.2.3 制动控制逻辑设计通过 PLC 控制制动器，在 PLC 检测到停止命令时，频

8、率到一定值时制动器制 动。3.2.4 节能设计共母线是将设备的直流母线并联在一起，共母线，充分的利用设备在下行时 所发出的电能，为另一台设备提供能量。3.3 结构设计柜体分体设计方式：分体设计是将制动电阻与柜子器件单独区分，电阻是发热器件，单独设立箱 体，单独的箱体空间，散热快。柜体分开，两个柜体的重量减轻，便于运输和安 装。4 优化方案4.1 运行位置计算优化因现场环境较恶劣，传感器在户外低温、震动环境下工作不稳定，使用电机 侧的旋转变压器来计算设备的运行位置，通过旋转变压器来计算电机运行总的脉 冲数（电机旋转一圈对应一个脉冲）。旋转变压器工作稳定，抗干扰性强。设备 正转时，脉冲数累加；设备

9、反转时，脉冲数递减。旋变脉冲计算运行位置是设定 下限位点和上限位点及运行行程设定，通过旋变脉冲数计算运行位置。5 结论目前设备已经在油田现场使用，设计的智能控制柜能够适应现场各种环境， 满足现场设备的运行要求。设备的结构设计合理，风冷设计和加热设计稳定可靠 设备的运行位置使用旋变计算后，运行位置不会出现设备轨迹发生偏移，增加了 设备的稳定性和可靠性。优化制动器控制逻辑后，设备没有出现堵转或溜车的情 况，制动器寿命增长，设备运行稳定。参考文献：1. 霍罡：欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践，2014.9，第2版，机械工 业出版社，北京。2. 谭浩强：C程序设计，2017.8，第五版，清华大学出版社，北京。3. 正弦电气设计部：EM630系列闭环矢量起重专用变频器用户手册，2015.08， 106版。