專利名稱：監(jiān)測油井抽油機的啟停和采集上下沖程電流及沖次的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種用于監(jiān)測油井抽油機啟停和采集上下沖程電 流及沖次的裝置。屬于油井監(jiān)測技述領(lǐng)域。
技術(shù)背景目前油田了解和掌握油井工作是否正常的方式是采用人工定期現(xiàn)場巡 邏，以目測的方式査看油井是否停井；有的油田還采用人工現(xiàn)場測量油井有 關(guān)參量以了解油并的工作狀況這樣兩種方式。測量的參數(shù)不同的油田有所不 同，但大多數(shù)油田都會采用測量抽油機一個沖次時間里的上沖程電流值、下 沖程電流值，再計算下沖程電流值跟上沖程電流值的比值是否在規(guī)定的門限 范圍內(nèi)以了解油井的工作狀況。采用人工巡邏和人工現(xiàn)場測量相關(guān)參量的缺 陷在于可靠性差。主要的原因在于信息的來源不一定可靠。人為因素太多。 比如只看^井抽油機的橫梁在轉(zhuǎn)動不能準確反映一個油井是否還在抽油；實 時性差。由于人工定期巡邏跟實際發(fā)生故障的時刻無法保持一致。因此總存 在得到油井停井的信息過遲的現(xiàn)象。最嚴重的延遲能達到一個巡邏周期，可 能是4 8小時甚至是24小時以上;增加了油田工人和巡邏人員的勞動強度， 增加油田的勞動力成本；因抽油機均工作于野外，且為不規(guī)則分布。分布最 散時達十幾公里一口井。而且油田大部分分布在野外，在抽油機周圍大部分 沒有硬質(zhì)路面經(jīng)過。如果油田工人和巡邏人員巡邏和測量的周期安排的很密 的話，勢必大大增加他們的勞動強度。而在巡邏周期不變的情況下，要減輕 勞動強度，又必須增加勞動力，這又增加了油田的勞動力成本；增加了油田工人和巡邏人員生產(chǎn)不安全因素，由于油井分布在荒郊野外，且為不規(guī)則分布，井跟井之間的間距又遠，最散時達十幾公里一口井。因此油田工人和巡邏人員前往現(xiàn)場査看和測量的路途中都存在一定的不安全因素。尤其是暴風(fēng)雨雪、夏天高溫酷暑等惡劣天氣時，這種不安全因素大大增加。工人在現(xiàn)場測量時，由于距離抽油機太近被抽油機橫梁撞擊的危險以及每次要接觸電機的電源線導(dǎo)致觸電的危險因素存在，由于這些因素導(dǎo)致的事故也發(fā)生過，油井發(fā)生故障并最終停井。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于針對上述存在的缺陷，提出用于監(jiān)測油井抽油機啟 停和采集上下沖程電流及沖次裝置，以提高采油效率、實現(xiàn)抽油機上下沖程 電流自動采集，以幫助油田降低勞動力密度而實現(xiàn)降本增效、變?nèi)斯げ僮鳛?自動操作而實現(xiàn)安全生產(chǎn)。本實用新型技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)是由監(jiān)測終端設(shè)備、電流互感器、沖 次傳感器組成，其中監(jiān)測終端設(shè)備的輸入端與電流互感器、沖次傳感器的輸 出端對應(yīng)相接。本實用新型的優(yōu)點監(jiān)測終端設(shè)備可準確地對油機啟停信號的采集，檢 測交流三相電流，提供數(shù)據(jù)上傳的端口。還能對機箱內(nèi)溫度進行測量、機箱 門禁的撤防、布防、紅外探測器輸出信號的監(jiān)測、交流電源的斷電監(jiān)測、電 池電壓的檢測，并具有與第三方設(shè)備的通信接口。沖次傳感器可準確無誤地 對抽油機的沖次計數(shù)。電流互感器將很大的一次電流轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴实碾娏鬏敵?或電壓輸出；為測量裝置和繼電保護的線圈提供電流；對一次設(shè)備和二次設(shè) 備進行有效隔離。以提高采油效率、實現(xiàn)抽油機上下沖程電流自動采集，以 幫助油田降低勞動力密度而實現(xiàn)降本增效、變?nèi)斯げ僮鳛樽詣硬僮鞫鴮崿F(xiàn)安
全生產(chǎn)。

附圖1是啟停監(jiān)測和釆集上下沖程電流及沖次的裝置結(jié)構(gòu)框圖。 附圖2是監(jiān)測終端設(shè)備電路結(jié)構(gòu)框圖。附圖3是監(jiān)測終端設(shè)備中的啟停監(jiān)測電路的結(jié)構(gòu)框圖。 附圖4是監(jiān)測終端設(shè)備中的三相電流檢測電路結(jié)構(gòu)框圖。附圖5是監(jiān)測終端設(shè)備中的紅外探測器信號監(jiān)測電路的結(jié)構(gòu)框圖-附圖6是溫度檢測電路的結(jié)構(gòu)框圖。 附圖7是門禁監(jiān)測電路的結(jié)構(gòu)框圖 附圖8是門禁撤防電路的結(jié)構(gòu)框圖。 附圖9是輸出控制信號電路的結(jié)構(gòu)框圖。 附圖10是電池電壓監(jiān)測、交流斷電檢測電路的結(jié)構(gòu)框圖。 附圖11是輸出指示電路的結(jié)構(gòu)框圖。 附圖12是功能選擇電路的結(jié)構(gòu)框圖。 附圖13是UART串口電路的結(jié)構(gòu)框圖。附圖14是監(jiān)測油井抽油機沖次的傳感裝置中的干簧管組件結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖15是監(jiān)測油井抽油機沖次的傳感裝置中的強磁鐵組件結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖16是軟件處理流程圖。圖中的l是干簧管、2是干簧管組件底座、3是干簧管組件殼體、4是 強磁鐵、5是環(huán)氧板、6是強磁鐵組件底座、7是強磁鐵組件殼體。
具體實施方式
對照附圖1，其結(jié)構(gòu)是由監(jiān)測終端設(shè)備、電流互感器、沖次傳感器組成，
其中電流互感器、沖次傳感器的輸出端與監(jiān)測終端設(shè)備的輸入端對應(yīng)相接。所述的監(jiān)測終端設(shè)備(RTU)的主要功能為油機啟停信號的釆集，交流三相電流的撿測，提供數(shù)據(jù)上傳的端口。除此之外，它還能對機箱內(nèi)溫度進 行測量、機箱門禁的撤防、布防、紅外探測器輸出信號的監(jiān)測、交流電源的 斷電監(jiān)測、電池電壓的檢測，并具有與第三方設(shè)備的通信接口。采集主板的主要功能為與DTU和交流三相電度表的通信，電池電壓的檢測，交流電源的斷電監(jiān)測、油機啟停信號的采集，紅外探測器輸出信號 的監(jiān)測，交流三相電流的檢測，機箱內(nèi)溫度的測量及機箱門禁的撤防、布防等。采集主板中的MCU采用的是C8051F022 ，該芯片為混合信號ISP FLASH 微控制器，高速8051微控制器內(nèi)核，64K字節(jié)FLASH存儲器，4352字節(jié) 內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM，可工作最高頻率為25MHZ,兩個UART串口 ， 8端口 10 位ADC, 64端口數(shù)字I/0，片內(nèi)的調(diào)測電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng) 調(diào)測，符合IEEE1149.1邊界掃描標準，100腳TQFP封裝，工作溫度-40。C 十85。C。對照附圖2，其結(jié)構(gòu)是電池電壓檢測電路，交流斷電檢測電路，功能選 擇器，三相電流檢測電路，門禁監(jiān)測和門禁撤防電路，啟停監(jiān)測電路，紅外 探測器輸出信號監(jiān)測電路的輸出端分別與單片機MCU的第一，第二，第三，第四，第五，第六，第七輸入端對應(yīng)相接；溫度測量電路，第一UART 接口 1，第二UART接口 0的輸出/入端與單片機MCU的第一，第二，第三 輸入/出端對應(yīng)相接；輸出控制信號電路和輸出指示電路的輸入端與單片機 MCU的第一，第二輸出端對應(yīng)相接；對照附圖3，啟停監(jiān)測電路的結(jié)構(gòu)是由沖次傳感器的輸出端接過壓保護 電路的輸入端，過壓保護電路的輸出端接電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電平轉(zhuǎn)換 電路的輸出端接單片機MCU的中斷輸入端口 。啟停監(jiān)測電路的功能為實時監(jiān)測油機的運行狀況，以便了解油機是否 正常工作以及運轉(zhuǎn)的頻次。由啟停傳感器提供的啟停信號接入電路，在過壓保護電路后，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換，變換為適合單片機MCU的電平信號，接入單片機MCU的中斷輸入 端口，由單片機MCU實時采集啟停傳感器的信號并加以分析處理。啟停傳 感器將油機的運行狀框轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號，過壓保護使用的是TVS管，用以 抑制啟停傳感器與電路之間的連線由于外界的感應(yīng)或碰觸形成的高壓，以保 護電路。對照附圖4，三相電流檢測電路的結(jié)構(gòu)是電流互感器的輸出端接信號取 樣電路的輸入端，信號取樣電路的輸出端接過壓保護電路的輸入端，過壓保 護電路的輸出端接極性保護電路的輸入端，極性保護電路的輸出端接信號調(diào) 理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出端接輸入濾波電路的輸入端，輸入濾 波電路的輸出端接A/D輸入電路的輸入端。三相電流檢測電路的功能為實時檢測油機工作時的三相電流，用以 監(jiān)測油機的運行狀況。油機工作時的三相交流電流通過電流互感器，在電流互感器二次繞組的回路中產(chǎn)生二次電流；二次電流經(jīng)信號取樣電路形成 取樣信號；通過限幅保護電路，以限制過高的電壓信號，以保護后續(xù)的電 路，限幅保護電路由電阻、二極管組成；為了適合A/D轉(zhuǎn)換器對采集信號 極性的要求，用極性保護電路加以實行，極性保護電路使用的是二極管電 路；為了適合A/D轉(zhuǎn)換器對采集信號幅度的要求，用信號調(diào)理電路加以實 行；為了消除其他信號的干擾，在A/D轉(zhuǎn)換器前增加了濾波電路，以使A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出信號更準確，減少誤差，濾波電路由電阻、電容組成；經(jīng)濾波后的信號進入A/D轉(zhuǎn)換器，實行模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。對照附圖5，紅外探測器輸出信號監(jiān)測電路，其結(jié)構(gòu)是紅外探測器的輸 出端接過壓保護電路的輸入端，過壓保護電路的輸出端接電平轉(zhuǎn)換電路的輸 入端，電平轉(zhuǎn)換電路的輸出其端接單片機MCU的中斷輸入端口。提供了對紅外探測器輸出信號監(jiān)測電路，當(dāng)有人員進入紅外探測區(qū)域內(nèi) 時，及時提供報警信號。由紅外探測器輸出的信號接入電路，在過壓保護電 路后，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換，變換為適合單片機MCU的電平信號，接入單片機 MCU的中斷輸入端口，由單片機MCU實時采集紅外探測器輸出的信號并 加以分析處理。過壓保護使用的是TVS管，用以抑制紅外探測器與電路之 間的連線由于外界的感應(yīng)或碰觸形成的高壓，以保護電路。對照附圖6，溫度監(jiān)測電路是為了監(jiān)測機箱內(nèi)的溫度，了解電路的工作 環(huán)境，電路中使用了溫度傳感器，溫度傳感器為DALLAS-MAXIM的 DS18B20， DS18B20精度最高的固體數(shù)字I/O溫度計之一，單線l-Wire接 口， DS18B20具有-55。C +125t:工作溫度范圍，在-l(TC至+85。C溫度范圍 內(nèi)具有土0.5。C精度，電源電壓范圍為3.0V至5.5V， TO-92封裝。對照附圖7、 8，門禁監(jiān)測、門禁撤防電路是對機箱的門禁進行管理， 設(shè)有門禁的布防和撤防功能，門禁的功能以便對非法入侵及時報警，撤防功 能通過按動按鈕實行，為工程維護提供便利，防止產(chǎn)生不必要的報警信號。 在門禁監(jiān)測電路中，門禁傳感器監(jiān)測到的機箱門的信號接入電路，經(jīng)電平轉(zhuǎn) 換后進入單片機MCU的中斷輸入端，通過單片機MCU實時監(jiān)測機箱門的 狀態(tài)；在門禁撤防電路中，撤防按鈕的信號接入電路，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后進入單 片機MCU的中斷輸入端，當(dāng)單片機MCU接收到撤防信號后，將不產(chǎn)生門 禁的報警信號。 對照附圖9，輸出控制信號電路，可根據(jù)需要直接連接指示燈、蜂鳴器 等聲光器件，或直接連接繼電器用以控制其他電氣設(shè)備。單片機MCU輸出 的控制信號經(jīng)限流保護后，進行輸出驅(qū)動，經(jīng)輸出保護后可以控制相應(yīng)的電 器或電路，可直接連接工作電壓為12V的指示燈、蜂鳴器、繼電器等，輸 出驅(qū)動為三極管電路(主要利用了半導(dǎo)體三極管的放大作用，在此作為控制 信號的通斷開關(guān))，輸出保護為二極管(主要利用了半導(dǎo)體二極管的單向?qū)?電性能)，以防反向電勢對電路造成損壞。對照附圖10,電池電壓監(jiān)測電路是實現(xiàn)對電池電壓的監(jiān)測和交流斷電 的監(jiān)測，電路中對電池的電壓進行實時監(jiān)測，電池電壓的監(jiān)測是由單片機 MCU內(nèi)的ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)實現(xiàn)的，通過對電池電壓的監(jiān)測，可了解電 源和電池的狀況，尤其是在交流停電的時候，當(dāng)電池電壓下降到設(shè)定的電壓 時，產(chǎn)生電池欠壓提示信號，以便了解當(dāng)斷電后通信中斷的原因。電池電壓 接入電路后，經(jīng)分壓采樣和限幅保護，進入數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后， 單片機MCU直接讀取電池的電壓值，限幅電路由二極管電路組成，是為了 防止過高的電壓造成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的損壞。對照附圖ll、 12，輸出指示電路和功能選擇器，提供了單片機MCU工 作狀態(tài)指示，采用兩個發(fā)光二極管用以指示，提供了兩位功能選擇以適應(yīng)不 同的應(yīng)用。為了直觀地了解電路的工作狀態(tài)，電路提供了兩個工作狀態(tài)指示 燈，以便直接指示單片機MCU的工作狀態(tài)、通信狀態(tài)等，單片機MCU的 輸出信號經(jīng)限流保護后，接入工作狀況指示燈，指示燈為表面安裝發(fā)光二極 管。為了使電路的功能發(fā)輝得更完善，適應(yīng)不同的應(yīng)用，并且簡單地、人為 地加以控制，設(shè)有兩位功熊選擇電路，功能選擇電路由功能選擇器，經(jīng)電平 轉(zhuǎn)換后接入單片機MCU，功能選擇器使用的是跳線短路器，通過是否插入
短路器以達到功能選擇的目的。對照附圖13， UART串口電路，在該電路中提供了兩個UART串行接 口 ，第二 UART接口 0可與提供UART串口的RF模塊連接進行通信；第一 UART接口 1可與提供UART串口的電度表連接進行通信；此外兩個UART 串口也可通過外接接口信號轉(zhuǎn)換器，實行不同的接口功能，方便與其他不同 接口功能的設(shè)備互連。在電路上提供的兩個UART串行接口的同時也提供 了向RF模塊和電度表所需的電源。本裝置中提供了+5V和+3.3V工作電源，供給MUC及其它電路使用， 電源芯片使用的是MICREL的MIC29150-5.0BU和MIC29150-3.3BU， TO-263封裝，工作溫度-4(TC +125X:。 12V電源接入電路后，經(jīng)輸入濾波， 進入電源穩(wěn)壓器MC29150-5.0BU，將輸入的12V電源變?yōu)榉€(wěn)定的5V電源 輸出供電路使用；另外5V電源再進入電源穩(wěn)壓器MIC29150-3.3BU，將輸 入的5V電源變?yōu)榉€(wěn)定的3.3V電源輸出供電路使用。對照附圖14、圖15，其結(jié)構(gòu)是由干簧管組件和強磁鐵組件兩部分組成。干簧管組件中的干簧管1是一種磁敏開關(guān)。當(dāng)永久磁鐵靠近干簧管或者 由繞在干簧管上的線圈通電后形成磁場使簧片磁化時，簧片的接點部分就被 磁化感應(yīng)出極性相反的磁極，異名的磁極相互吸引，當(dāng)吸引的磁力超過簧片 的彈力時，接點就會吸合；當(dāng)磁力減小到一定值時，接點又會被簧片的彈力 彈開。干簧管組件中的干簧管距強磁鐵組件中的強磁鐵的距離在90-150mm。只要用磁鐵接近它，干簧管1兩個節(jié)點就會吸合在一起，使電路導(dǎo)通。強磁鐵組件中的強磁鐵4焊在抽油機搖臂上，當(dāng)抽油機工作時，隨著抽 油機搖臂上下擺動。干簧管組件焊在抽油機底座上，每次抽油機搖臂轉(zhuǎn)動經(jīng) 過安裝在抽油機機座的磁簧管時，干簧管被磁鐵吸合，輸出信號。干簧管的
信號輸出端引線用接線子接入監(jiān)測終端設(shè)備(RTU)作為沖次傳感器的輸入 信號，終端設(shè)備完成一次計數(shù)。其中干簧管的主要技術(shù)指標為動作距離 15cm土0.5cm;吸合值(PI): 15 60AT;開斷值(PI):》6AT;開關(guān)耐壓100VDC;最大開關(guān)電流0.5A;接觸電阻《100mQ;最小隔離阻抗109 Q;壽命109次；開關(guān)輸出常開；強磁鐵主要技術(shù)指標磁鐵的性能要求是根據(jù)GB/T13560-2000標準生 產(chǎn)的；其主要參數(shù)性能為Br:11.8kGs—12.2kGs; Hcj〉20kOe ; BH: max:33-36MGOe。
權(quán)利要求1、監(jiān)測油井抽油機的啟停和采集上下沖程電流及沖次的裝置，其特征是由監(jiān)測終端設(shè)備、電流互感器、沖次傳感器組成，其中監(jiān)測終端設(shè)備的輸入端與電流互感器、沖次傳感器的輸出端對應(yīng)相接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測油井抽油機的啟停和采集上下沖程電流及沖次的裝置，其特征所述的監(jiān)測終端設(shè)備中的電池電壓檢測，交流斷電檢 測電路，功能選擇器，三相電流檢測電路，門禁布、撤防電路，啟停監(jiān)測電路、紅外探測器輸出信號監(jiān)測電路的輸出端分別與單片機MCU的第一，第 二，第三，第四，第五，第六、第七輸入端對應(yīng)相接；溫度測量電路，第一 UART接口，第二UART接口的輸出/入端與單片機MCU的第一，第二， 第三輸入/出端對應(yīng)相接；輸出控制信號電路，輸出指示電路的輸入端與單 片機MCU的第一，第二輸出端對應(yīng)相接。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測油井抽油機的啟停和釆集上下沖程電流及 沖次的裝置，其特征所述的監(jiān)測終端設(shè)備中的啟停監(jiān)測電路由沖次傳感器的 輸出端接過壓保護電路的輸入端，過壓保護電路的輸出端接電平轉(zhuǎn)換電路的 輸入端，電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端接單片機MCU的中斷輸入端口。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測油井抽油機的啟停和采集上下沖程電流 及沖次的裝置，其特征所述的監(jiān)測終端設(shè)備中的三相電流檢測電路其電流互 感器的輸出端接信號取樣電路的輸入端，信號取樣電路的輸出端接過壓保護 電路的輸入端，過壓保護電路的輸出端接極性保護電路的輸入端，極性保護 電路的輸出端接信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出端接輸入濾波 電路的輸入端，輸入濾波電路的輸出端接A/D輸入電路的輸入端。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測油井抽油機的啟停和采集上下沖程電流 及沖次的裝置，其特征所述的監(jiān)測終端設(shè)備中的紅外探測器輸出信號監(jiān)測電 路，其中的紅外探測器的輸出端接過壓保護電路的輸入端，過壓保護電路的 輸出端接電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端接單片機MCU的 中斷輸入端口。
專利摘要本實用新型的是用于監(jiān)測油井抽油機啟停和采集上下沖程電流及沖次裝置，其結(jié)構(gòu)是由監(jiān)測終端設(shè)備、電流互感器、沖次傳感器組成，其中監(jiān)測終端設(shè)備的輸入端與電流互感器、沖次傳感器的輸出端對應(yīng)相接。優(yōu)點監(jiān)測終端設(shè)備可準確地對油機啟停信號的采集，檢測交流三相電流，提供數(shù)據(jù)上傳的端口。還能對機箱內(nèi)溫度進行測量、機箱門禁的撤防、布防、紅外探測器輸出信號的監(jiān)測、交流電源的斷電監(jiān)測、電池電壓的檢測，并具有與第三方設(shè)備的通信接口。沖次傳感器可準確地對抽油機的沖次計數(shù)。電流互感器對一次設(shè)備和二次設(shè)備進行有效隔離。以提高采油效率、實現(xiàn)抽油機上下沖程電流自動采集，幫助油田減少勞力降本增效，變?nèi)斯げ僮鳛樽詣硬僮鞫鴮崿F(xiàn)安全生產(chǎn)。
文檔編號E21B47/00GK201050358SQ200720036198
公開日2008年4月23日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者余澤華, 李自明, 程定林, 陳照光, 楠 顧, 龍志堅 申請人:南京普天通信股份有限公司