專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，尤其是一種用于海洋鉆井井 架靜載試驗(yàn)時(shí)井架及桿件應(yīng)力測量與井架承載能力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著海洋石油鉆采工程向深水、超深水發(fā)展，承載能力大、穩(wěn)定性好、鉆深能力強(qiáng) 的塔式井架在當(dāng)代海洋石油鉆井中已占絕對優(yōu)勢。為了適應(yīng)海上氣候環(huán)境惡劣、工作條件 復(fù)雜多變的情況，海洋石油鉆井平臺采用便于海上迅速吊裝聯(lián)接的模塊化設(shè)計(jì)，海洋石油 平臺、井架、鉆機(jī)等設(shè)備在港口采用大型海洋平臺浮裝技術(shù)組裝后運(yùn)往采油地點(diǎn)。井架在拆 裝、運(yùn)輸、搭建過程中不可避免地出現(xiàn)或存在不同程度的損傷缺陷，在長期服役過程中井架 直接承受起下鉆、下套管及其它作業(yè)產(chǎn)生的載荷和海洋環(huán)境載荷，疲勞與沖擊載荷引發(fā)的 井架結(jié)構(gòu)、井架桿件、桿件間連接等部位物理特性的惡化，以及環(huán)境引起的腐蝕效應(yīng)，導(dǎo)致 長期在役石油井架承載能力低于原設(shè)計(jì)載荷，大大降低了井架結(jié)構(gòu)的使用壽命與采油作業(yè) 的安全性、穩(wěn)定性。目前“數(shù)字化井廠技術(shù)”主要偏重于鉆井過程中井壓、油氣組分、自動(dòng)控 制模塊中設(shè)備信息采集以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的在線監(jiān)測與分析，對海洋石油鉆井井架的安全 承載能力并未監(jiān)測，這樣對服役期較長或安全等級下降的井架載荷沒有進(jìn)行監(jiān)控，成為海 上石油鉆井平臺安全生產(chǎn)的重大事故隱患。海洋石油鉆井平臺提供起下鉆及存放管柱操作 的高度與空間，是一種塔桅式鋼結(jié)構(gòu)物，其工作條件惡劣，工況復(fù)雜多變，工作的安全性和 可靠性對于鉆井作業(yè)來說至關(guān)重要，所以對其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)特性的分析是 十分必要的。海洋鉆井井架是海洋石油裝備的重要組成部分，井架在海洋上作業(yè)和陸地上作業(yè) 有很大差別，因此海洋鉆機(jī)井架的安全性能較陸地井架要求更高。目前國內(nèi)對海洋井架的 安全評定尚處于摸索階段，主要參照SY/T 6326-2008《石油鉆機(jī)和修井機(jī)井架、底座承載能 力檢測評定方法》和SY/T 6326-1997《石油鉆機(jī)用井架承載能力檢測評定方法》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī) 定的井架承載能力檢測和評定方法，其中現(xiàn)場應(yīng)力應(yīng)變片試驗(yàn)法是當(dāng)前評定井架實(shí)際承載 能力的主要方法。根據(jù)井架構(gòu)件承載的理論分析結(jié)果和溫度補(bǔ)償?shù)脑瓌t確定電阻應(yīng)變片布 置和組橋方案，在應(yīng)力較大或反映應(yīng)力分布特點(diǎn)的若干點(diǎn)布置測點(diǎn)，同樣的應(yīng)變計(jì)柵長也 根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布梯度選擇。難以運(yùn)用力學(xué)理論準(zhǔn)確求解損傷后的井架結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力分 布規(guī)律，目前多采用經(jīng)驗(yàn)方法來確定現(xiàn)場應(yīng)力測點(diǎn)布置方案，井架應(yīng)力測試點(diǎn)的位置和數(shù) 量分布方案缺乏一定的科學(xué)性。在實(shí)際測量時(shí)，應(yīng)變計(jì)的粘貼完全是手工操作，所以很難保 證真實(shí)貼片方位與預(yù)定貼片方位完全吻合，電阻應(yīng)變片粘接質(zhì)量差、絕緣不好都會引起應(yīng) 變計(jì)阻值的變化，導(dǎo)致電橋不平衡。由于井架高度一般在40-50米，電阻應(yīng)變片連接導(dǎo)線過 長而使得導(dǎo)線電阻值和導(dǎo)線間的電容引入到應(yīng)變儀電橋中，接線柱的接觸電阻同樣會被引 入到電橋中而造成測試示值誤差。此外，由于海洋井架在維修期間無法進(jìn)行現(xiàn)場承載試驗(yàn)， 必須在井架采油作業(yè)過程中對井架的安全性能進(jìn)行綜合評定，大量的連接導(dǎo)線給井架應(yīng)力 點(diǎn)檢測裝置的安裝增加了操作人員高空作業(yè)的難度和危險(xiǎn)系數(shù)。由此可見，傳統(tǒng)的應(yīng)變片測量井架應(yīng)力方法不太適合海洋石油鉆井平臺井架載荷測試與分析，在測試技術(shù)和設(shè)備方 面存在著諸多不便和操作困難。此外，現(xiàn)有的海洋石油鉆井應(yīng)力測試系統(tǒng)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲、 分析、計(jì)算等多采用人工方式完成，檢測報(bào)告僅針對目前的試驗(yàn)結(jié)果，不能快速與該井架歷 史數(shù)據(jù)對比后形成綜合性的報(bào)告。因而，目前急需構(gòu)建一套適用于現(xiàn)場快速操作、成本低、 穩(wěn)定性好的海洋石油鉆井井架承載能力檢測評估系統(tǒng)，以確保井架承載能力評估的有效性 和可靠性，促進(jìn)我國在海洋鉆修井模塊的建造技術(shù)及新型鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決克現(xiàn)有技術(shù)中傳感器難于安裝、易受干擾，現(xiàn)場導(dǎo)線過多，數(shù)據(jù)采 集記錄手工操作繁復(fù)，測試系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理不能高效銜接等方面的技術(shù)問題，而提供一種 測試精度高、安裝簡單方便、抗惡劣自然環(huán)境、穩(wěn)定性高的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油 井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其目的在于降低海洋石油鉆井平臺靜態(tài)應(yīng)力測試時(shí)儀器安 裝的難度與危險(xiǎn)性，提高井架應(yīng)力測試系統(tǒng)的抗腐蝕性、抗?jié)穸?、抗電磁干擾能力，快速而 準(zhǔn)確地測試海洋石油井架應(yīng)力進(jìn)而評估井架的安全承載能力，為石油井架的維修或降級使 用提供綜合性報(bào)告和指導(dǎo)文件，從而大大提高了海洋石油鉆機(jī)系統(tǒng)的安全生產(chǎn)能力，消除 了海洋石油鉆井作業(yè)安全隱患，保障了廣大職工的人身安全與國家財(cái)產(chǎn)安全。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括振弦式應(yīng)變 計(jì)檢測海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變子系統(tǒng)，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，基于組態(tài)技術(shù)和Matlab計(jì)算程序的海洋石油井架承載能力評定子系統(tǒng)， 其特點(diǎn)是所述的三個(gè)子系統(tǒng)中的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過工業(yè)集線器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān) 連接，海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，由工 業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用ModbusTCP/IP通訊協(xié)議和地址區(qū)分技術(shù)讀取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié) 點(diǎn)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對石油鉆井井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸。所述的振弦式應(yīng)變計(jì)檢測海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變子系統(tǒng)由12V鋰電池、振弦式傳 感器、頻率信號轉(zhuǎn)換器組成，工作溫度為-20 +80°C、靈敏度1 μ ε的振弦式傳感器兩個(gè)端 塊用螺栓固定在井架或井架桿件結(jié)構(gòu)表面，由頻率信號轉(zhuǎn)換器將振弦式應(yīng)變計(jì)的頻率信號 轉(zhuǎn)換為4_20mA的電流信號。所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)包括 3. 6V直流鋰電池、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、24V直流電源、工業(yè)集線器 和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，24V直流電源為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)提供驅(qū)動(dòng)電源，3. 6V直流鋰電池 為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供供電電源，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和3. 6V直流鋰電池采用螺栓 固定在距離振弦式應(yīng)變計(jì)10-20厘米處，振弦式傳感器、頻率信號轉(zhuǎn)換器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)通過帶屏蔽雙絞線相連接，每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最連接一至四個(gè)振弦式應(yīng)變計(jì)， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)工作在2. 4GHz國際通訊標(biāo)準(zhǔn)頻段，網(wǎng)關(guān)地址設(shè)置為01 Fl、節(jié)點(diǎn)地址從02-0F F2-FF。所述的基于組態(tài)技術(shù)和Matlab計(jì)算程序的海洋石油井架承載能力評定子系統(tǒng)， 包括在WebAccess組態(tài)軟件中將工業(yè)控制計(jì)算機(jī)設(shè)置為監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集控制服務(wù) 器；由Visual Basic 6. 0編制的用戶應(yīng)用程序采用OLE技術(shù)來獲得Microsoft Access
4的控制句柄，用于改變ADO對象分層對象集合成員Recordset的屬性、方法，調(diào)用存儲在 Access數(shù)據(jù)庫中的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并以矩陣格式將實(shí)測數(shù)據(jù)輸入基于 MatrixVB控件編制的石油井架和桿件強(qiáng)度校核的Matlab計(jì)算程序，計(jì)算出井架安全載荷 后在Matlab繪圖程序中輸出井架應(yīng)力分布圖。本發(fā)明的有益效果是采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集和傳輸海洋石油鉆井架應(yīng)力應(yīng)變 試驗(yàn)數(shù)據(jù)，大大減少了現(xiàn)場工作人員操作的工作強(qiáng)度和高空作業(yè)難度，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)之間采用數(shù)字量傳送數(shù)據(jù)，有效地減少了電磁干擾且提高了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性 和準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)主要針對現(xiàn)場應(yīng)用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)采用了適合室外安裝使用的 IP67防護(hù)等級，以適應(yīng)現(xiàn)場惡劣的海洋環(huán)境。本發(fā)明采用振弦式傳感器監(jiān)測井架結(jié)構(gòu)應(yīng)力 數(shù)據(jù)，避免了電阻應(yīng)變片法操作復(fù)雜、安裝困難、易受環(huán)境干擾的缺點(diǎn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、存儲 與分析均由用戶應(yīng)用程序完成，大大減少了試驗(yàn)人員現(xiàn)場操作和計(jì)算的工作量，同時(shí)減少 了井架承載能力評估過程中人為干預(yù)和人為失誤。由WebAccess組態(tài)軟件和工業(yè)無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)采集、傳輸海洋石油鉆井架應(yīng)力現(xiàn)場數(shù)據(jù)，大大減少了用戶應(yīng)用程序編程的難度和 工作量，并且提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和效率，數(shù)據(jù)全部存儲在Access數(shù)據(jù)庫中，既避免 了由于人為失誤造成的試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)誤，又非常方便查詢和和對比歷史數(shù)據(jù)。先進(jìn)性方 面，系統(tǒng)支持了主流體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議和硬件平臺，可以支持海量的數(shù)據(jù)的采集與存儲。在開 放性方面，采用了易擴(kuò)展的現(xiàn)場分布式設(shè)計(jì)，WebAccess組態(tài)軟件可提供相關(guān)的數(shù)據(jù)接口， 為融合數(shù)據(jù)參數(shù)提供良好的數(shù)據(jù)接口。本發(fā)明在應(yīng)力應(yīng)變傳感器、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存 儲與處理等方面做了較大的改進(jìn)，形成了一套成本低、穩(wěn)定性高、適于現(xiàn)場操作的海洋石油 井架承載能力安全檢測評估技術(shù)和測試。


圖1是基于振弦式應(yīng)變計(jì)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變檢測原理圖；圖2是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸原理圖；圖3是基于組態(tài)技術(shù)和Matlab計(jì)算程序的海洋石油井架承載能力評定流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為基于振弦式應(yīng)變計(jì)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變檢測原理圖，海洋石油井架應(yīng) 力應(yīng)變檢測系統(tǒng)由12V鋰電池4、振弦式傳感器1、頻率信號轉(zhuǎn)換器3組成。振弦式傳感器1 采用螺栓固定在井架或井架桿件結(jié)構(gòu)表面，頻率信號轉(zhuǎn)換器3與振弦式傳感器1由帶屏蔽 雙絞線2連接，12V鋰電池4為頻率信號轉(zhuǎn)換器3提供電源電壓。振弦式傳感器1將海洋石 油鉆井井架由于載荷變化引起的應(yīng)力應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為頻率信號，經(jīng)頻率信號轉(zhuǎn)換器3將頻 率信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，以便于上位機(jī)采集井架靜態(tài)載荷試驗(yàn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。圖2為基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸原理圖，該系 統(tǒng)由海洋石油鉆井井架應(yīng)力測試無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和分布式數(shù)據(jù)采集采集系統(tǒng)組成，井架現(xiàn) 場部分由12V鋰電池4、振弦式傳感器1、頻率信號轉(zhuǎn)換器3、3. 6V直流鋰電池7、無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)6組成，其中振弦式傳感器1、頻率信號轉(zhuǎn)換器3與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)6之間采 用帶屏蔽雙絞線2連接，12V鋰電池4和3. 6V鋰電池7分別為頻率信號轉(zhuǎn)換器3和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)6提供驅(qū)動(dòng)電源，同一網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)與其網(wǎng)關(guān)主地址和通訊頻率設(shè)置完全相 同。分布式數(shù)據(jù)采集采集硬件系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、24V直流電源8、工業(yè)集線器9、 菲尼克斯電氣工業(yè)以太網(wǎng)預(yù)制網(wǎng)線5和工業(yè)控制計(jì)算10機(jī)構(gòu)成，由WebAccess組態(tài)軟件采 用Modbus TCP/IP通訊協(xié)議和地址區(qū)分技術(shù)讀取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將 其寫入到已經(jīng)建立好的BwPData. mdb后臺數(shù)據(jù)庫11中，從而完成石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù) 據(jù)的采集、傳輸與存儲。圖3為基于組態(tài)技術(shù)和Matlab計(jì)算程序的海洋石油井架承載能力評定流程圖，用 戶應(yīng)用程序采用OLE技術(shù)改變ADO對象分層對象集合成員Recordset的屬性、方法，調(diào)用存 儲在BwPData. mdb后臺數(shù)據(jù)庫中的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并以矩陣格式將實(shí)測 數(shù)據(jù)輸入基于MatrixVB控件編制的石油井架和桿件強(qiáng)度校核的Matlab計(jì)算程序，根據(jù)各 個(gè)測試點(diǎn)應(yīng)力值采用非線性方法分別計(jì)算出各層的載荷強(qiáng)度及穩(wěn)定應(yīng)力，找出其中最大的 應(yīng)力值，進(jìn)而求解出井架承載能力，在Matlab繪圖程序中輸出井架應(yīng)力分布圖，在自動(dòng)生 成井架承載能力報(bào)告的同時(shí)將本次試驗(yàn)測試值和分析結(jié)果存儲到井架歷史數(shù)據(jù)庫中，從而 完成井架靜態(tài)測試數(shù)據(jù)的分析與處理。如上所述，本發(fā)明提供的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力在線測量、數(shù)據(jù)采 集與井架載荷安全評定系統(tǒng)，既可以克服電阻應(yīng)變片法安裝調(diào)試復(fù)雜、現(xiàn)場導(dǎo)線過多、易 受環(huán)境干擾的缺點(diǎn)，又可以在保證測試精度和穩(wěn)定性的同時(shí)成本遠(yuǎn)低于光纖光柵測應(yīng)力方 法。通過采用振弦式傳感器測試井架應(yīng)力，由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集和傳輸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，大大降 低了現(xiàn)場操作人員的工作強(qiáng)度和難度，縮短了測試周期，提高了工作效率和測試的穩(wěn)定性。 采用WebAccess組態(tài)軟件和VB軟件編制用戶應(yīng)用程序，在整個(gè)測試過程中試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、 存儲與分析均由計(jì)算機(jī)控制，既減輕了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度又減少了人為失誤的可能 性。本發(fā)明在設(shè)計(jì)時(shí)遵循“實(shí)用性、開放性、可靠性、先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性”的基本原 則，所有硬件均采用精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗惡劣環(huán)境的設(shè)備，用戶應(yīng)用軟件兼容性與可移植 性好，模擬試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)具有一定的先進(jìn)性和可靠性，形成了一套成適于海洋惡劣 環(huán)境的井架承載能力檢測與評估系統(tǒng)。
權(quán)利要求
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括振弦式應(yīng)變計(jì)檢測海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變子系統(tǒng)，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，基于組態(tài)技術(shù)和Matlab計(jì)算程序的海洋石油井架承載能力評定子系統(tǒng)，其特征在于所述的三個(gè)子系統(tǒng)中的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過工業(yè)集線器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)連接，海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用ModbusTCP/IP通訊協(xié)議和地址區(qū)分技術(shù)讀取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對石油鉆井井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 其特征在于所述的振弦式應(yīng)變計(jì)檢測海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變子系統(tǒng)由12V鋰電池、振弦 式傳感器、頻率信號轉(zhuǎn)換器組成，工作溫度為-20 +80°C、靈敏度1 μ ε的振弦式傳感器兩 個(gè)端塊用螺栓固定在井架或井架桿件結(jié)構(gòu)表面，由頻率信號轉(zhuǎn)換器將振弦式應(yīng)變計(jì)的頻率 信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 其特征在于所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng) 包括3. 6V直流鋰電池、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、24V直流電源、工業(yè)集 線器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，24V直流電源為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)提供驅(qū)動(dòng)電源，3. 6V直流鋰 電池為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供供電電源，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和3. 6V直流鋰電池采用 螺栓固定在距離振弦式應(yīng)變計(jì)10 20厘米處，振弦式傳感器、頻率信號轉(zhuǎn)換器、無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過帶屏蔽雙絞線相連接，每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最連接一至四個(gè)振弦式應(yīng) 變計(jì)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)工作在2. 4GHz國際通訊標(biāo)準(zhǔn)頻段，網(wǎng)關(guān)地址設(shè)置為 01 Fl、節(jié)點(diǎn)地址從02-0F F2-FF。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 其特征在于所述的基于組態(tài)技術(shù)和Matlab計(jì)算程序的海洋石油井架承載能力評定子系 統(tǒng)，包括在WebAccess組態(tài)軟件中將工業(yè)控制計(jì)算機(jī)設(shè)置為監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集控制服 務(wù)器；由Visual Basic 6. 0編制的用戶應(yīng)用程序采用OLE技術(shù)來獲得Microsoft Access 的控制句柄，用于改變ADO對象分層對象集合成員Recordset的屬性、方法，調(diào)用存儲在 Access數(shù)據(jù)庫中的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并以矩陣格式將實(shí)測數(shù)據(jù)輸入基于 MatrixVB控件編制的石油井架和桿件強(qiáng)度校核的Matlab計(jì)算程序，計(jì)算出井架安全載荷 后在Matlab繪圖程序中輸出井架應(yīng)力分布圖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的石油井架應(yīng)力測量與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括振弦式應(yīng)變計(jì)檢測海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變子系統(tǒng)，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，基于組態(tài)技術(shù)和Matlab計(jì)算程序的海洋石油井架承載能力評定子系統(tǒng)。系統(tǒng)中的工控計(jì)算機(jī)通過工業(yè)集線器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)連接，海洋石油井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，由工控計(jì)算機(jī)采用Modbus TCP/IP通訊協(xié)議和地址區(qū)分技術(shù)讀取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對石油鉆井井架應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸。本系統(tǒng)成本低、穩(wěn)定性高、適于海洋惡劣環(huán)境的井架承載能力檢測與評估系統(tǒng)。
文檔編號G01L1/10GK101894454SQ20101020888
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者孔令超, 安子良, 李建衛(wèi), 肖立中 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院