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井下数据采集与传输方法研究

作　者: 王志平
导　师: 张铭钧
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 潜油电泵机组 电力载波 谐波 数据采集
分类号: TE938
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着石油开采业的发展,石油开采方法已经由螺杆泵采油发展到潜油电泵采油,潜油电泵在石油开采业发挥越来越重要的作用。潜油电泵工作状态监测技术对设备的安全运行、故障预测等具有重要的研究意义和使用价值。本文针对采用变频器驱动的潜油电泵机组,进行井下数据采集与传输方法研究。潜油电泵多参数状态监测系统监测7个潜油电泵工况参数：入口压力、出口压力、环境温度、电机温度、X向振动、Y向振动、泄漏电流。潜油电泵机组工作过程中,变频器产生大量谐波,导致潜油电泵多参数状态监测系统的数据通道充满高频噪声,影响了系统数据传输精度。为了提高系统传输精度,本文参考标准串行数据通信协议,制定系统数据通信协议。由于井下一次仪表工作在高温、高噪声等恶劣环境下,影响了数据采集模块的数据采集精度,为了减小井下工作环境对井下一次仪表测量精度的影响,设计了基于最小二乘法的传感器标定方法,分别对每个传感器进行标定。井上二次仪表提取的数据信号含有高频噪声,为了提高数据解调精度,本文改进信号校正电路,实时对数据信号进行校正,并根据系统数据通信协议,对解调数据进行修正。为了提高主控电路的软件可靠性,本文设计了基于μC/OS-Ⅱ嵌入式系统的井上二次仪表主控电路的软件系统,以ATmegal28为核心控制器、以MGLS240128液晶为显示终端、以PS/2键盘为数据输入设备,基于任务优先级对系统进行实时控制。针对系统要求数据海量存储,本文以SD卡为存储介质,基于FAT16文件系统规范,设计存储模块。最后,本文通过元器件筛选及井下一次仪表电路板老化处理,提高系统硬件可靠性。通过系统数据通信协议校正,提高系统数据传输精度。通过密封实验、联机实验、振动实验、温度实验及现场实验,验证了潜油电泵多参数状态监测系统能够在高温、高压、振动量大、数据通道充满高次谐波等恶劣环境下能够正常工作。

全文目录


摘要  5-6Abstract  6-11第1章 绪论  11-21  1.1 潜油电泵概述  11-12  1.2 潜油电泵监测系统的意义  12-13  1.3 国内外潜油电泵状态监测系统技术发展  13-19    1.3.1 国外潜油电泵状态监测系统技术发展  13-15    1.3.2 国内潜油电泵状态监测系统技术发展  15-19  1.4 课题来源及论文的主要研究内容  19-21    1.4.1 课题来源  19    1.4.2 论文的主要研究内容  19-21第2章 系统总体方案  21-31  2.1 引言  21  2.2 系统性能指标  21  2.3 系统通信总体方案  21-24    2.3.1 电力线载波通信技术  22    2.3.2 系统数据传输  22-24  2.4 系统供电方案  24-25  2.5 系统数据通信协议  25-27  2.6 系统总体结构  27-28    2.6.1 井下一次仪表  27    2.6.2 井上二次仪表  27-28  2.7 井下一次仪表机械结构  28-30  2.8 本章小结  30-31第3章 井下一次仪表研究  31-51  3.1 引言  31  3.2 井下一次仪表保护模块  31-34    3.2.1 变频器对系统可靠性的影响  31-33    3.2.2 保护电路  33-34  3.3 潜油电泵工况参数采集  34-42    3.3.1 压力测量  35-37    3.3.2 温度测量  37-40    3.3.3 振动测量  40    3.3.4 泄漏电流测量  40-41    3.3.5 主控电路  41-42  3.4 数据采集模块传感器标定  42-46    3.4.1 压力传感器标定  42-44    3.4.2 温度传感器标定  44-45    3.4.3 振动传感器标定  45-46    3.4.4 泄漏电流传感器标定  46  3.5 井下一次仪表电源模块  46-48  3.6 井下一次仪表耦合模块  48-50  3.7 本章小结  50-51第4章 井上二次仪表研究  51-69  4.1 引言  51  4.2 模拟星点及保护电路模块  51-52    4.2.1 模拟星点电路  51    4.2.2 保护电路  51-52  4.3 解调模块  52-60    4.3.1 系统供电通道与数据通道合并电路  53    4.3.2 信号提取电路  53-55    4.3.3 滤波电路  55-57    4.3.4 信号校正电路  57-58    4.3.5 解调主电路  58-60  4.4 主控电路模块  60-64    4.4.1 人机交互  60-62    4.4.2 时钟电路  62    4.4.3 温度测量电路  62    4.4.4 主控制器电路  62-63    4.4.5 主控电路操作系统  63-64  4.5 存储模块  64-65  4.6 电源模块  65-67  4.7 本章小结  67-69第5章 系统可靠性设计及实验  69-85  5.1 引言  69  5.2 系统硬件可靠性设计  69-70    5.2.1 电子元件筛选  69-70    5.2.2 井下一次仪表电路板高温老化处理  70  5.3 系统数据通信协议校正  70-72  5.4 系统实验  72-82    5.4.1 密封实验  72-73    5.4.2 联机实验  73-75    5.4.3 振动实验  75-77    5.4.4 温度实验  77-79    5.4.5 现场实验  79-82  5.5 本章小结  82-85结论  85-87参考文献  87-91攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  91-93致谢  93

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气开采机械设备 > 油气开采机械化、自动化
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