井下数据采集与传输方法研究

论文摘要

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。

论文目录

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