[發(fā)明專利]一種面向油田注采設(shè)備的手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110414412.6
• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102536203A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚大鵬;胥芳;陳教料
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21B47/008
• 分類號: E21B47/008
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強(qiáng)

1.一種面向油田注采設(shè)備的手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：所述手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)包括嵌入式手持端和工業(yè)級PC端；嵌入式手持端采用上下位機(jī)雙嵌入式處理器結(jié)構(gòu)，由下位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)組成；

所述的下位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基于混合信號處理微控制單元的數(shù)據(jù)采集卡，用以負(fù)責(zé)油田注采設(shè)備的多路實(shí)時(shí)模擬信號的采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)預(yù)處理和壓縮分組；

所述的上位機(jī)數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)為基于先進(jìn)精簡指令集機(jī)器的狀態(tài)監(jiān)控卡，通過通用串行接口接收下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)，利用先進(jìn)精簡指令集機(jī)器的事務(wù)控制、文件管理、內(nèi)存管理和多任務(wù)并行，實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的拆分、計(jì)算分析、圖形顯示以及故障判斷；承擔(dān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理、動(dòng)態(tài)分析及精簡的專家系統(tǒng)故障診斷工作，并利用工業(yè)以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)傳輸至工業(yè)級PC端進(jìn)行深度分析；

所述的工業(yè)級PC端為位于油田采油廠控制室的深度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，用以完成離線分析任務(wù)：相關(guān)分析、對比分析、設(shè)備性能趨勢預(yù)測、專家知識生成與執(zhí)行。

2.如權(quán)利要求1所述的面向油田注采設(shè)備的手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：所述下位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采用多層板與多板組合結(jié)構(gòu)，利用混合信號處理微控制單元支持的5種超低功耗模式，利用混合信號處理微控制單元具備的精簡計(jì)算機(jī)指令集、片內(nèi)AD、多通道串行接口以及硬件乘法器，構(gòu)建可滿足高集成度、強(qiáng)處理能力的移動(dòng)并行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并結(jié)合器多種芯片時(shí)鐘工作模式進(jìn)行功耗調(diào)度；

所述的5種功耗模式為：外部的32.768KHz低速晶振在系統(tǒng)待機(jī)省電模式啟用；系統(tǒng)時(shí)鐘MCLK維持系統(tǒng)基本任務(wù)運(yùn)行；低速時(shí)鐘ACLK負(fù)責(zé)低速外設(shè)時(shí)間驅(qū)動(dòng)；高速時(shí)鐘SMCLK負(fù)責(zé)高速外設(shè)的時(shí)間驅(qū)動(dòng)；外部的8MHz高速晶振在系統(tǒng)全速運(yùn)行的時(shí)候啟動(dòng)。

3.如權(quán)利要求2所述的面向油田注采設(shè)備的手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：所述下位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括模擬信號調(diào)理放大電路、高頻濾波電路、混合信號處理微控制單元調(diào)試接口電路、復(fù)位電路、外擴(kuò)快速靜態(tài)隨機(jī)存儲器電路、通用串行口驅(qū)動(dòng)電路、端口切換電路、外圍器件供電電路、核心器件供電電路和AD外部電壓基準(zhǔn)電路等模塊；

所述的模擬信號調(diào)理電路與標(biāo)準(zhǔn)電壓式加速度傳感器相連接，通過混合信號處理器實(shí)現(xiàn)多路現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理，并根據(jù)既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行打包，通過通用串行接口傳給上位機(jī)；

所述的高頻濾波電路為基于可調(diào)電抗器件，采用雙調(diào)諧耦合方法；

所述的混合信號處理微控制單元調(diào)試接口電路，一端為14針聯(lián)合測試行動(dòng)小組接口，與混合處理器相連，向混合信號處理器導(dǎo)入可執(zhí)行代碼，并檢測引腳電平；另一端為4針通用串行接口，與普通PC機(jī)相連；上述兩種接口的轉(zhuǎn)換通過CH341芯片實(shí)現(xiàn)；

所述的復(fù)位電路為看門狗復(fù)位電路，在微控制器中程序發(fā)生跑飛或死鎖現(xiàn)象時(shí)的手動(dòng)復(fù)位；

所述的外擴(kuò)快速靜態(tài)隨機(jī)存儲器電路采用多片高速、低功耗的復(fù)合金屬氧化物半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存儲器HY62WT08081E，存儲空間為32K字節(jié)，與混合信號處理器的內(nèi)部存儲器訪問速度兼容，支持12個(gè)獨(dú)立通道的并行信號數(shù)據(jù)采集。

4.如權(quán)利要求1～3之一所述的面向油田注采設(shè)備的手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：所述的上位機(jī)數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)中，主處理器為先進(jìn)精簡指令集處理機(jī)，采用ARM920T內(nèi)核，其最高工作頻率為203MHz；利用其具備的哈佛結(jié)構(gòu)高速緩存以及全性能內(nèi)存管理單元，實(shí)現(xiàn)對多種嵌入式操作系統(tǒng)的硬件平臺支持，實(shí)現(xiàn)并行信息處理、實(shí)時(shí)任務(wù)管理與動(dòng)態(tài)調(diào)度。

5.如權(quán)利要求4所述的面向油田注采設(shè)備的手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：所述的上位機(jī)數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)包括先進(jìn)精簡指令集處理機(jī)主芯片及其外圍器件電路，所述的外圍電路包括九針串口通訊接口、擴(kuò)展存儲模塊、通用串行通訊模塊、工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊、液晶顯示模塊以及電源管理模塊；

所述的擴(kuò)展存儲模塊包括面向本地?cái)?shù)據(jù)緩沖的靜態(tài)隨機(jī)存儲器與Flash存儲器、面向移動(dòng)存儲的緊湊型Flash存儲器，利用閃存文件系統(tǒng)YAFFS2進(jìn)行文件管理。

6.如權(quán)利要求1～3之一所述的面向油田注采設(shè)備的手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：所述的工業(yè)以太網(wǎng)為面向注采設(shè)備的工廠自動(dòng)化以太網(wǎng)EPA，采用分層化的網(wǎng)絡(luò)安全管理方式。

7.如權(quán)利要求1～3之一所述的面向油田注采設(shè)備的手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：所述手持式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)還包括電源管理模塊，所述電源管理模塊分為兩個(gè)電能供給單元和參考源電路，利用可充電電源管理電路調(diào)控紐扣電池組，分別負(fù)責(zé)核心器件與外圍器件的供電，包括上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)；

所述的兩個(gè)電能供給單元為兩套隔離電源系統(tǒng)：5V提供給模擬電路電源；3.3V提供給數(shù)字電路電源，上述兩部分通過光耦器件光電隔離；

所述的模擬電路電源采用MAX751轉(zhuǎn)換芯片，該芯片將1.2V～5.25V的輸入電壓穩(wěn)壓成5V電壓輸出，適用于電池供電的系統(tǒng)使用；

所述的數(shù)字電路電源采用AAT3221轉(zhuǎn)換芯片將5V電壓變?yōu)?.3V提供給混合信號處理器、存儲器和通用串行口控制芯片；

所述的參考源電路利用TVL431芯片給混合信號處理器的內(nèi)置AD提供轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓；

所述的可充電電源管理電路是利用BQ24202鋰電池充電管理單芯片實(shí)現(xiàn)對紐扣電池組的充放電管理，能夠?qū)崿F(xiàn)恒流充電、放電，提供500mA的放電電流。