基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持式數(shù)據(jù)采集裝置制造方法
【專利摘要】一種基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持?jǐn)?shù)據(jù)采集裝置。主要解決了油田數(shù)據(jù)采集勞動(dòng)強(qiáng)度大，老式儀表精度差的問題。手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器由USB電路、1號(hào)微處理器、1號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊、手持器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、日歷時(shí)鐘電路以及手持器操作按鍵電路按照電路連接原理連接后構(gòu)成；井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器由2號(hào)微處理器、電流信號(hào)采集電路、置于殼體內(nèi)的電源電路、晶振復(fù)位電路、JTAG接口、2號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊、保護(hù)電路、LCD顯示電路以及基準(zhǔn)電壓電路連接后構(gòu)成；井口壓力數(shù)據(jù)采集器由3號(hào)微處理器、3號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊以及壓力傳感器按照電路連接原理連接后構(gòu)成。具有降低工作強(qiáng)度、測(cè)量精度準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持式數(shù)據(jù)采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于油田數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域中的計(jì)算機(jī)智能化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]雖然今天的計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)高速發(fā)展，但是在油田上目前對(duì)抽油機(jī)上行電流、下行電流、平衡率以及井口壓力等多種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)仍然依靠巡檢工人攜帶各種模擬、數(shù)字表巡檢，現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試儀表并測(cè)試各種數(shù)據(jù)，然后手工記錄后人工輸入計(jì)算機(jī)并繪制各種數(shù)據(jù)的變化曲線，這樣不僅巡檢工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且老式儀表的精度也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的測(cè)試要求。例如，在這種測(cè)量方式下，需要由操作人員目測(cè)抽油機(jī)的上、下行過程，然后手動(dòng)測(cè)試瞬時(shí)電流，并記錄下來(lái)。由此產(chǎn)生的問題是，由于存在人的判斷誤差，因而必然導(dǎo)致測(cè)量誤差，結(jié)果就是無(wú)法獲得準(zhǔn)確的測(cè)量值。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所提到的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持式數(shù)據(jù)采集裝置，
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:該種基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持式數(shù)據(jù)采集裝置由手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器、井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器及井口壓力數(shù)據(jù)采集器三部分組成；
[0005]其中，所述手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器由USB電路、I號(hào)微處理器、I號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊、手持器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、日歷時(shí)鐘電路以及手持器操作按鍵電路按照電路連接原理連接后構(gòu)成；
[0006]所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器由2號(hào)微處理器、電流信號(hào)采集電路、置于殼體內(nèi)的電源電路、晶振復(fù)位電路、JTAG接口、2號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊、保護(hù)電路、LCD顯示電路以及基準(zhǔn)電壓電路連接后構(gòu)成。其中，所述電流信號(hào)采集電路中的電流互感器位于儀器殼體外；上述2號(hào)微處理器采用C8051F310芯片，其中Pl.7,Pl.6,Pl.5三個(gè)引腳作為電流信號(hào)采集電路的信號(hào)輸入端；所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中的保護(hù)電路采用UL2003型達(dá)林頓管作為驅(qū)動(dòng)元件，采用2個(gè)JXQ14FC型繼電器作為控制抽油機(jī)停止工作的執(zhí)行元件。所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中的LCD顯示電路采用YM12864i點(diǎn)陣式液晶模塊；
[0007]其中，上述I號(hào)、2號(hào)、3號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊彼此參數(shù)相配合，以實(shí)現(xiàn)近距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳送。
[0008]本實(shí)用新型具有如下有益效果:利用本種裝置，巡檢人員只需要攜帶手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器到現(xiàn)場(chǎng)，按下按鍵發(fā)布指令就可以利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的油壓、套壓、回壓及抽油機(jī)電流等數(shù)據(jù)的無(wú)線采集，然后，將各種參數(shù)集中收集到巡檢工人攜帶的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器中，巡檢完畢后或者通過USB接口將手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，或者在現(xiàn)場(chǎng)配置有無(wú)線發(fā)送裝置的場(chǎng)合，可以不需要巡檢工人到油井現(xiàn)場(chǎng)，利用現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線發(fā)送裝置，通過公共網(wǎng)信息平臺(tái)將數(shù)據(jù)直接傳送到上位機(jī)中，生成各種報(bào)表，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，此外，針對(duì)抽油機(jī)在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)過載、欠載、短路、斷相等各種故障，如果不及時(shí)停止電動(dòng)機(jī)的工作，可能導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失，因此本裝置還設(shè)置了抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路，系統(tǒng)中采用了兩個(gè)繼電器配合工作，由高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列ULN2003進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用了兩個(gè)繼電器構(gòu)成了星-角換接啟動(dòng)器，一方面可以及時(shí)停止電動(dòng)機(jī)的工作，另一方面也可以避免電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)電流，造成誤判斷。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型的整體構(gòu)成框圖。
[0010]圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)時(shí)井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器的整體構(gòu)成框圖。
[0011]圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)時(shí)井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中電流信號(hào)采集電路、LCD顯示電路與2號(hào)微處理器連接后的電氣原理圖。
[0012]圖4是本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)時(shí)井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中保護(hù)電路、繼電器與2號(hào)微處理器連接后的電氣原理圖。
[0013]圖中S1-電流信號(hào)采集電路，S2-基準(zhǔn)電壓電路，S3-分壓電路，S4-操作按鍵。【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0015]由圖1所示，該種基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持式數(shù)據(jù)采集裝置由油田巡檢員工隨身攜帶的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器、安裝在井口的井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器和井口壓力數(shù)據(jù)采集器三部分組成。
[0016]其中，所述手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器由USB電路、I號(hào)微處理器、I號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊、手持器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、日歷時(shí)鐘電路以及手持器操作按鍵S4電路按照電路連接原理連接后構(gòu)成。
[0017]所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器由2號(hào)微處理器、電流信號(hào)采集電路、置于殼體內(nèi)的電源電路、晶振復(fù)位電路、JTAG接口、2號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊、保護(hù)電路、LCD顯示電路以及基準(zhǔn)電壓電路連接后構(gòu)成。其中，所述電流信號(hào)采集電路SI中的電流互感器位于儀器殼體外；上述2號(hào)微處理器采用C8051F310芯片，其中Pl.7,Pl.6,Pl.5三個(gè)引腳作為電流信號(hào)采集電路SI的信號(hào)輸入端；所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中的保護(hù)電路采用UL2003型達(dá)林頓管作為驅(qū)動(dòng)元件，采用2個(gè)JXQ14FC型繼電器作為控制抽油機(jī)停止工作的執(zhí)行元件。所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中的LCD顯示電路采用YM12864i點(diǎn)陣式液晶模塊。
[0018]井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中整體構(gòu)成框圖如圖2所示，電流信號(hào)采集電路、LCD顯示電路與2號(hào)微處理器連接后的電氣原理圖如圖3所示。其中電流采樣電路SI中的測(cè)量電流由互感器Tl采集信號(hào)后再由取樣電阻R1、R2后得到交流電壓信號(hào)，當(dāng)電壓信號(hào)在負(fù)半周期時(shí)信號(hào)經(jīng)電阻R5、R4、二極管Dl和運(yùn)算放大器將信號(hào)反轉(zhuǎn)后送給運(yùn)算放大器的6腳，當(dāng)電壓信號(hào)在半周期時(shí)信號(hào)直接由電阻R5、R4采集電流后送給運(yùn)算放大器的6腳，這樣在6腳就形成了一個(gè)全波整流的電壓信號(hào)。此信號(hào)再經(jīng)運(yùn)算放大器、電阻R6、R7放大后由7腳輸出，此時(shí)的電壓信號(hào)在經(jīng)過由電阻R8、電容C5組成的RC濾波電路濾波后將直流電壓信號(hào)送給A/D轉(zhuǎn)換器,該轉(zhuǎn)換器內(nèi)置于CPU中，從2腳輸入。
[0019]用于完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓電路S2主要由TL431、電阻R9產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)電壓，而電源電路是由3節(jié)堿性電池構(gòu)成3.8V到4.8V的供電系統(tǒng)，電阻R6和法拉電容CO構(gòu)成了臨時(shí)供電系統(tǒng)，當(dāng)更換電池時(shí)，它可以保證3分鐘系統(tǒng)用電量，來(lái)保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)不因更換電池而丟失。電容Cl為電源濾波電容。電源直接供給CPU的20腳。CPU上電復(fù)位電路由按鍵REST、電容C2、電阻R12、電阻R13構(gòu)成，CPU的時(shí)鐘振蕩電路由455KHz晶振、電容C3、電容C4構(gòu)成了 455KHz的CPU的時(shí)鐘源，分壓電路S3由電阻R10、R11構(gòu)成，操作按鍵S4由按鍵SW1、SW2、SW3構(gòu)成了指令輸入電路，通過CPU對(duì)按鍵的掃描來(lái)控制程序的流程。通過CPU 的第 4、11、12、13、14、15、16、17、18、24、25、26、27、28 引腳來(lái)控制 ΥΜ12864? 點(diǎn)陣式液晶模塊，將各種信息輸出給使用者。電阻R14構(gòu)成了液晶模塊復(fù)位電路，電阻R15、二極管D2構(gòu)成液晶模塊掃描驅(qū)動(dòng)電壓控制電路。
[0020]另外，所述井口壓力數(shù)據(jù)采集器由3號(hào)微處理器、3號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊以及壓力傳感器按照電路連接原理連接后構(gòu)成。
[0021]其中，上述I號(hào)、2號(hào)、3號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊彼此參數(shù)相配合，以實(shí)現(xiàn)近距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳送來(lái)的壓力數(shù)據(jù)。在整個(gè)裝置中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片采用Atmel公司生產(chǎn)的64KB串行電可擦除的可編程存儲(chǔ)器AT24C512，其內(nèi)部有512頁(yè)，每一頁(yè)為128字節(jié)，任一單元的地址為16位，地址范圍為0000~OFFFHL它是8引腳封裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)量大等特點(diǎn)，可以在2線總線上并接4片芯片，特別適用于大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0022]圖4是本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)時(shí)井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中保護(hù)電路、繼電器與2號(hào)微處理器連接后的電氣原理圖。設(shè)計(jì)這種保護(hù)電路之目的在于，抽油機(jī)在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)過載、欠載、短路、斷相等各種故障，如果不及時(shí)停止電動(dòng)機(jī)的工作，可能導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失，因此設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路，系統(tǒng)中采用了兩個(gè)繼電器K1、K2配合工作，由高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列ULN2003進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，ULN2003是由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的能夠與TTL和CMOS電路直接相連的繼電器驅(qū)動(dòng)器件，電動(dòng)機(jī)在剛啟動(dòng)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)靜止的轉(zhuǎn)子有著很大的相對(duì)轉(zhuǎn)速，磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度很快，這時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流都很大。一般中小型籠型電動(dòng)機(jī)的定子啟動(dòng)電流(指線電流)與額定電流之比值大約為5~7,電動(dòng)機(jī)不是頻繁啟動(dòng)或是小型電動(dòng)機(jī)時(shí),啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)本身影響不大，因?yàn)閱?dòng)電流雖大，但啟動(dòng)時(shí)間很短。由于抽油機(jī)上的電動(dòng)機(jī)都是大型電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)間將加長(zhǎng)，這樣會(huì)引起熱量的積累，使電動(dòng)機(jī)過熱，造成繞組的燒毀。因此采用了兩個(gè)繼電器構(gòu)成了星-角換接啟動(dòng)器，另外，也可以避免電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)電流，造成誤判斷，認(rèn)為是過載電流。
[0023]本裝置以微型計(jì)算機(jī)C8051F310芯片為控制核心，由于它可以實(shí)時(shí)掃描檢測(cè)抽油機(jī)電流，通過尋找電流抖動(dòng)點(diǎn)來(lái)確定抽油機(jī)是否到達(dá)上下行程的中點(diǎn)，因此通過預(yù)置程序它可以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量抽油機(jī)的上行、下行電流，并得出其它待測(cè)參數(shù)，例如平衡率、沖次等。
[0024]具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，電流頻率值是通過C8051F310的ADCO獲取的，是數(shù)字?jǐn)?shù)值。然后通過軟件計(jì)算得到電流的實(shí)際數(shù)值，在軟件計(jì)算過程中涉及到將ASCII碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)以及判斷小數(shù)點(diǎn)位置等問題。電流轉(zhuǎn)換系數(shù)調(diào)節(jié)按鍵的目的是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換系數(shù)的校準(zhǔn)，一般在系統(tǒng)開發(fā)和初次使用時(shí)根據(jù)已知電流數(shù)值進(jìn)行校準(zhǔn)，由于系數(shù)調(diào)節(jié)按鍵只有一個(gè)，所以程序中應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)系數(shù)數(shù)值的上、下限，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)換系數(shù)有一定的范圍，油井周期的數(shù)值就是抽油機(jī)一個(gè)上下沖程周期的時(shí)間，單位是秒，數(shù)值篩選程序完成上沖程峰值、下沖程峰值、谷值的數(shù)據(jù)篩選，篩選出來(lái)的數(shù)據(jù)均為數(shù)字?jǐn)?shù)值，為了得到實(shí)際的電流數(shù)值，還必須根據(jù)電流轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算出需要發(fā)送的十進(jìn)制電流值，平衡比是下沖程峰值與上沖程峰值的比，沖次數(shù)是指一分鐘內(nèi)的沖程數(shù)，用60除以油井周期即可，電流采集值的發(fā)送，實(shí)際上發(fā)送了油井周期內(nèi)抽油機(jī)電流的好多個(gè)點(diǎn)，根據(jù)采集間隔時(shí)間，采集若干個(gè)點(diǎn)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，然后一組一組的發(fā)送出去，每組數(shù)據(jù)之間要有一定的延時(shí)，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠的接收。
[0025]本種裝置在使用時(shí)，將位于井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器殼體外的電流互感器打開，卡于抽油機(jī)的一相電纜上，然后按下啟動(dòng)按鍵SW1，待程序自檢完成后，再按下自動(dòng)按鍵SW2，這時(shí)它就可以開始自動(dòng)工作。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持?jǐn)?shù)據(jù)采集裝置，由手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器、井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器及井口壓力數(shù)據(jù)采集器組成，其特征是:所述手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器由USB電路、I號(hào)微處理器、I號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊、手持器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、日歷時(shí)鐘電路以及手持器操作按鍵(S4)電路按照電路連接原理連接后構(gòu)成；所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器由2號(hào)微處理器、電流信號(hào)米集電路(SI)、置于殼體內(nèi)的電源電路、晶振復(fù)位電路、JTAG接口、2號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊、保護(hù)電路、IXD顯示電路以及基準(zhǔn)電壓電路(S2)連接后構(gòu)成；所述井口壓力數(shù)據(jù)采集器由3號(hào)微處理器、3號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊以及壓力傳感器按照電路連接原理連接后構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持?jǐn)?shù)據(jù)采集裝置，其特征是:所述電流信號(hào)采集電路(SI)中的電流互感器位于儀器殼體外；所述2號(hào)微處理器采用C8051F310芯片，其中Pl.7、Pl.6、Pl.5三個(gè)引腳作為電流信號(hào)采集電路(SI)的信號(hào)輸入端；所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中的保護(hù)電路采用UL2003型達(dá)林頓管作為驅(qū)動(dòng)元件，采用2個(gè)JXQ14FC型繼電器作為控制抽油機(jī)停止工作的執(zhí)行元件；所述井場(chǎng)電流數(shù)據(jù)采集器中的IXD顯示電路采用YM12864i點(diǎn)陣式液晶模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微型計(jì)算機(jī)控制下的油田機(jī)井手持?jǐn)?shù)據(jù)采集裝置，其特征是:所述I號(hào)、2號(hào)、3號(hào)NRF24L01型無(wú)線收發(fā)模塊彼此參數(shù)相配合。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203588451SQ201320822357
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】劉春 , 譚琨, 馬英瑞, 王建 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 大慶石油管理局