[發明專利]一種面向油田注采設備的手持式狀態監測與故障診斷系統

無效

• 申請號: 201110414412.6
• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102536203A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 譚大鵬;胥芳;陳教料
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: E21B47/008
• 分類號: E21B47/008
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及油田注采設備過程監測與控制領域，尤其是涉及一種面向油田注采設備的手持式狀態監測與故障診斷系統。

背景技術

油田注采設備(如抽油機、注聚泵、注水泵等)是油田應用最為廣泛的關鍵設備，具有種類型號繁多、設備位置分散、連續工作要求高、工作環境惡劣等特點。多年來，對于注采設備的維修與監測一般采用定期巡檢制度，無法做到運行狀態的實時監控，設備預知維修能力差。隨著計算機技術的發展，有部分油田推行了基于PC機模式在線故障診斷系統，可實現對設備狀態的實時監測和故障預測，但其靈活性差，對工況環境要求高，適用范圍窄，且結構復雜，操作繁瑣，費用較高。

發明內容

為了克服基于PC機的油田注采設備監控系統存在的靈活性差，對工況環境要求高，適用范圍窄，且結構復雜，操作繁瑣，費用較高的不足，本發明提供一種靈活性良好，對工況環境要求低，適用范圍寬，且結構簡單，操作簡便，費用較低的面向油田注采設備的手持式狀態監測與故障診斷系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種面向油田注采設備的手持式狀態監測與故障診斷系統，所述手持式狀態監測與故障診斷系統包括嵌入式手持端和工業級PC端；嵌入式手持端采用上下位機雙嵌入式處理器結構，由下位機實時數據采集系統和上位機數據處理分析系統組成；

所述的下位機實時數據采集系統為基于混合信號處理微控制單元的數據采集卡，用以負責油田注采設備的多路實時模擬信號的采集、A/D轉換、數字濾波、數據預處理和壓縮分組；

所述的上位機數據處理分析系統為基于先進精簡指令集機器的狀態監控卡，通過通用串行接口接收下位機上傳的數據，利用先進精簡指令集機器的事務控制、文件管理、內存管理和多任務并行，實現對下位機上傳實時數據的拆分、計算分析、圖形顯示以及故障判斷；承擔實時數據的處理、動態分析及精簡的專家系統故障診斷工作，并利用工業以太網接口將數據傳輸至工業級PC端進行深度分析；

所述的工業級PC端為位于油田采油廠控制室的深度數據分析系統，用以完成離線分析任務：相關分析、對比分析、設備性能趨勢預測、專家知識生成與執行。

作為優選的一種方案，所述下位機實時數據采集系統中，采用多層板與多板組合結構，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算機指令集、片內AD、多通道串行接口以及硬件乘法器，構建可滿足高集成度、強處理能力的移動并行實時數據采集系統，并結合器多種芯片時鐘工作模式進行功耗調度；

所述的5種功耗模式為：外部的32.768KHz低速晶振在系統待機省電模式啟用；系統時鐘MCLK維持系統基本任務運行；低速時鐘ACLK負責低速外設時間驅動；高速時鐘SMCLK負責高速外設的時間驅動；外部的8MHz高速晶振在系統全速運行的時候啟動。

再進一步，所述下位機實時數據采集系統包括模擬信號調理放大電路、高頻濾波電路、混合信號處理微控制單元調試接口電路、復位電路、外擴快速靜態隨機存儲器電路、通用串行口驅動電路、端口切換電路、外圍器件供電電路、核心器件供電電路和AD外部電壓基準電路等模塊；

所述的模擬信號調理電路與標準電壓式加速度傳感器相連接，通過混合信號處理器實現多路現場實時數據的采集及預處理，并根據既定的數據傳輸協議進行打包，通過通用串行接口傳給上位機；

所述的高頻濾波電路為基于可調電抗器件，采用雙調諧耦合方法；

所述的混合信號處理微控制單元調試接口電路，一端為14針聯合測試行動小組接口，與混合處理器相連，向混合信號處理器導入可執行代碼，并檢測引腳電平；另一端為4針通用串行接口，與普通PC機相連；上述兩種接口的轉換通過CH341芯片實現；

所述的復位電路為看門狗復位電路，在微控制器中程序發生跑飛或死鎖現象時的手動復位；

所述的外擴快速靜態隨機存儲器電路采用多片高速、低功耗的復合金屬氧化物半導體靜態隨機存儲器HY62WT08081E，存儲空間為32K字節，與混合信號處理器的內部存儲器訪問速度兼容，支持12個獨立通道的并行信號數據采集。

作為優選的另一種方案，所述的上位機數據處理分析系統中，主處理器為先進精簡指令集處理機，采用ARM920T內核，其最高工作頻率為203MHz；利用其具備的哈佛結構高速緩存以及全性能內存管理單元，實現對多種嵌入式操作系統的硬件平臺支持，實現并行信息處理、實時任務管理與動態調度。