随着油气资源的不断开发,开采油层深度逐年增大,我国主要油田已处于高含水阶段,低液井、稠油井增多,原油开发效率变低。原来广泛采用的游梁式抽油机运行效率低、能耗大,原油开发成本高,不能适应“节能降耗”的发展需求。新型无游梁塔架结构长冲程抽油机具有长冲程、大载荷、效率高、适应性强等优点。本文针对水平井长冲程抽油机设计研制了变频控制系统,发挥了抽油机的效能,对于降低原油的开发成本、促进国民经济的发展具有重要作用。本文分析了水平井长冲程抽油机的机械结构,根据抽油机系统的主要功能和技术指标,提出了抽油机变频控制技术,采用机电一体化设计,以PLC作为控制核心,通过控制变频器实现电动机变频调速。本文研究了电动机转速控制模式,设计了电机转速控制算法,解决了抽油机换向时的机械冲击问题,减少机械磨损,实现了抽油机平稳换向。设计了抽油机变频控制系统的PID闭环控制,实现了冲程、冲次、上下冲程时间在额定范围内连续可调,使该变频控制系统适用于不同油井。针对抽油机常年不间断工作以及油田野外环境温差大的特点,设计了控制系统的温度控制电路,调控控制箱内的温度,使之保持所有单元正常工作需要的环境温度。同时,水平井抽油机变频控制系统还具有自检、自诊断以及过流、过载、断皮带等完备的保护功能。该控制系统具有控制精度高,自动化程度高,控制灵活,可靠性高等优点,在稠油井的现场应用中取得了良好的控制效果。本文进一步研究了模糊控制原理,建立了抽油机的数学模型,设计了抽油机变频控制系统的模糊PID控制器,并通过了Matlab仿真分析。仿真结果表明本文设计的模糊PID控制器具有良好的动态特性和稳态特性,为抽油机控制系统的进一步改进控制算法奠定了理论基础。