專利名稱：一種石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及工業(yè)控制技術領域，具體涉及一種應用在石油鉆機上監(jiān)控液壓盤式剎車狀態(tài)的報警器。
背景技術：
目前，為了提高鉆井作業(yè)的自動化水平，石油鉆機上開始逐步配套使用液壓盤式剎車。但是由于液壓系統(tǒng)壓力、速度、油液、泄漏或振動問題導致的液壓系統(tǒng)故障，時常使石油鉆機出現(xiàn)礅鉆、溜鉆等問題。為了有效保障液壓盤式剎車的安全控制及正常作業(yè)，有必要設置針對石油鉆機液壓盤式剎車的監(jiān)控系統(tǒng)。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種應用在石油鉆機上監(jiān)控液壓盤式剎車狀態(tài)的報警器，該監(jiān)控報警器能夠實時監(jiān)控液壓盤式剎車的狀態(tài)，當出現(xiàn)異常情況時，該監(jiān)控報警器將在第一時間發(fā)出聲光報警，同時發(fā)出語音提示，提示故障內容，提醒司鉆及時剎車，從而有效防止墩鉆、溜鉆等安全事故的發(fā)生。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型通過以下技術方案實施本實用新型的石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器，包括微電腦電路部分、電源電路部分，以及接至所述微電腦電路部分I/O端口的信號檢測電路部分、報警輸出電路部分、 語音提示電路部分和人機交互電路部分；所述信號檢測電路部分對液壓盤式剎車的油泵電機的工作電壓及液壓系統(tǒng)油壓進行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉換后供微電腦電路部分使用；所述微電腦電路部分對信號檢測電路部分采樣到的電壓信號、油壓信號進行處理和識別，判斷液壓盤式剎車是否工作正常，如果不正常則控制報警輸出電路部分及控制語音提示電路部分動作；所述微電腦電路部分還控制人機交互電路部分顯示信號檢測電路部分的采樣數(shù)據(jù)及報警輸出電路部分的報警信息。為更好的實施本發(fā)明創(chuàng)造，進一步包括通信電路部分，用于多臺監(jiān)控報警器的聯(lián)網控制，以及將報警信息傳送至遠程計算機。為更好的實施本發(fā)明創(chuàng)造，所述信號檢測電路部分包括交流電壓變送器、油壓變送器及AD轉換模塊，所述交流電壓變送器實時監(jiān)測并采樣液壓盤式剎車油泵電機的工作電壓，所述油壓變送器實時監(jiān)測并采樣液壓盤式剎車液壓系統(tǒng)的油壓，所述AD轉換模塊將交流電壓變送器和油壓變送器采樣的模擬量信號轉換為數(shù)字量信號。為更好的實施本發(fā)明創(chuàng)造，所述人機交互電路部分包括LCD顯示屏、按鍵，用于操作者對工作參數(shù)的設定、報警上下限的設定、AD轉換的校準、語音提示的開啟和關閉。為更好的實施本發(fā)明創(chuàng)造，所述語音提示電路部分包括語音芯片和揚聲器。為更好的實施本發(fā)明創(chuàng)造，所述報警輸出電路部分包括指示燈、揚聲器和開關量輸出口，用于聲音、光、繼電器動作多種模式的報警信號的輸出。
3[0013]本發(fā)明創(chuàng)造的監(jiān)控報警器工作時三相交流電壓變送器實時監(jiān)測油泵電機每一相的工作電壓，并將交流電壓轉換為4 20mA的直流電流信號；油壓變送器實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)的工作油壓，并將油壓信號轉換為4 20mA的直流電流信號；AD轉換模塊將電壓變送器和油壓變送器輸出的模擬量信號轉換為數(shù)字量信號；微電腦電路部分的系統(tǒng)軟件根據(jù)該數(shù)字量信號計算出油泵電壓和系統(tǒng)油壓，將數(shù)據(jù)傳輸至人機交互電路部分的LCD顯示屏上，另外判斷油泵電壓和系統(tǒng)油壓是否在設定的工作范圍；如果不在設定的工作范圍微電腦電路部分控制報警輸出電路部分報警指示燈閃爍，控制語音提示電路部分發(fā)出語音提示，并將報警信息傳輸至IXD顯示屏上。提醒司鉆及時剎車，從而有效防止墩鉆、溜鉆等安全事故的發(fā)生。由于采用如上技術方案，本發(fā)明創(chuàng)造具有如下有益效果1、高精度采用微電腦控制和高精度信號檢測電路，實時檢測液壓盤式剎車的油泵電機工作電壓和液壓系統(tǒng)的工作油壓，檢測精度高。2、安全性好通過對液壓盤式剎車工作狀態(tài)的檢測，及時發(fā)現(xiàn)故障及時報警，并發(fā)出語音提示，使得司鉆能夠在第一時間對故障做出相應，提高了液壓盤式剎車的安全性，防止安全事故的發(fā)生。另外本發(fā)明創(chuàng)造的監(jiān)控報警器可同時對液壓盤式剎車的兩臺油泵電機的三相電壓進行監(jiān)控，有效防止誤報警和漏報警的發(fā)生。3、可靠性好油泵電機電壓的檢測和系統(tǒng)油壓的檢測均采用4 20mA的傳感器， 抗干擾能力強，可靠性好。4、具備聯(lián)網功能本監(jiān)控報警系統(tǒng)具備串行通信接口，方便與遠程計算機通信，組成網絡便于集中統(tǒng)一管理。
圖1是本實用新型的電路原理框圖；圖2是本實用新型電源電路部分的電路原理圖；圖3是本實用新型串行通信部分的電路原理圖；圖4是本實用新型信號檢測電路部分的電路原理圖；圖5是本實用新型微電腦電路部分及報警輸出電路部分的電路原理圖；圖6是本實用新型語音提示電路部分的電路原理圖；圖7是本實用新型人機交互電路部分的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述如圖1所示，本實用新型的監(jiān)控報警器由六個部分組成，分別是微電腦電路部分、 信號檢測電路部分、報警輸出電路部分、人機交互電路部分、語音提示電路部分、串行通信部分和電源電路部分。如圖5所示，微電腦電路部分主要由微控制器(MCU)芯片U1，以及時鐘電路和上電復位電路組成。Y1、C22和C23構成時鐘電路，R51和ClO構成上電復位電路。Ul的ΡΑ(ΓΡΑ7 引腳用作8位并行數(shù)據(jù)接口 D(TD7，通過TO的所存和U7的功率驅動，連接3個高亮LED指示燈和液晶屏的背光燈，并實現(xiàn)4路開關量輸出口。同時D(TD7和LCD_E，LCD_RST, LCD_RS，LCD_R/W引腳的配合來驅動液晶顯示屏。ΡΒ(ΓΡΒ3通過R44 R47連接TO，通過軟件控制實現(xiàn)語音報警功能。PB4>B7連接AD轉換模塊U2以實現(xiàn)對數(shù)模轉換功能的操控。PDl引腳為串行輸出端，PDO引腳為串行輸入端，分別與U8的4腳和1腳相連；PD4引腳為串行數(shù)據(jù)方向選擇端，與U5的2腳和3腳相連，通過軟件控制實現(xiàn)半雙工串行通信功能。圖4中的信號檢測電路部分由兩個三相電壓傳感器P4和P6、兩個油壓傳感器P8 和P10、分壓電阻R廣R16、采樣電阻R17 R24、AD轉換模塊U2和外部精密參考電壓源U9組成。該信號檢測部分實現(xiàn)了對兩臺油泵電機三相工作電壓的檢測和系統(tǒng)油壓的檢測。每個三相電壓傳感器連接一臺油泵電機的三相工作電壓，對三相交流電壓進行真有效值檢測， 將三相電壓信號轉換為3路Γ20πιΑ的直流電流信號。每個油壓傳感器將系統(tǒng)油壓信號轉換為1路Γ20πιΑ信號，兩個油壓傳感器在實際應用只需連接一臺即可，另外一個接口做備用接口。AD轉換模塊U2具有內部可編程增益，可提供高輸入阻抗、出色的增益精度、良好的共模抑制比、和低噪聲。圖5中的報警輸出電路由鎖存器TO(74ALS373)、集成達林頓管芯片U7(UL擬803)、 電阻R38和R39、高亮發(fā)光二極管DS2和DS3、TO的8個輸入端接在8位并行數(shù)據(jù)接口 D0 D7 上，其功能是鎖存MCU的輸出信號。U6的8個輸出端驅動U7中內含的8路達林頓管，其功能是放大功率和電流，該功能也可由分離元件如三極管等實現(xiàn)。U7的四路輸出0UIXT0UT3 連接用戶所需的其它報警設備，例如電鈴、大功率報警燈等。DS2和DS3分別用于電壓和油壓異常的報警。圖7中的人機交互電路由按鍵Sl S6、液晶屏PI、LED指示燈DS1、電阻R26 R29、 R36、R37、R48 49、芯片U2、可調電阻WRl組成。其中按鍵S1、S2的一端經電阻R48、R49上拉后接微處理器Ul的PD2和PD3引腳，按鍵S3 S6的一端經R26 M9上拉后接U2的第1廣14 引腳，6個按鍵的另一端均接地，當某個按鍵被按下時相應的輸入口為低電平。MCU讀到的值為0。LED指示燈DSl接接法同報警指示燈，用于指示語音提示的啟閉狀態(tài)。液晶屏Pl 的第7 14引腳接數(shù)據(jù)總線D(TD7，P1的第4飛、17引腳分別接MCU的第沈、25、19、20引腳， Pl的第19引腳接+5V電源，第20引腳接U7的第11引腳。WRl用于調節(jié)液晶屏的對比度。 液晶屏在軟件的控制下顯示盤剎系統(tǒng)兩臺油泵電機的三相工作電壓值、系統(tǒng)油壓值和系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息。人機接口電路配合系統(tǒng)軟件為操作者提供操作支持，包括實現(xiàn)語音提示功能的開啟與關閉、查看盤剎系統(tǒng)的工作電壓和油壓、查看報警的詳細信息、對AD轉換電路進行校準、以及設定電壓和油壓的報警上下限值等操作。圖6中的語音提示電路由語音芯片TO、電容C5飛7、電阻R35、揚聲器LSl組成。語音芯片U5的第1、9、10、15引腳分別和微控制器Ul的第40、43、42、41引腳連接，U5的第6、 7引腳接揚聲器LS1，。語音芯片在微控制器Ul軟件的控制下對系統(tǒng)的報警情況發(fā)出正確的語音提示，并在人工操作時發(fā)出提示音。圖3中的串行通信部分由電平轉換芯片U8 (MAX485CSA)、電阻R33、R34、R54 56 組成。U8的4腳與Ul的串行發(fā)送端PDl相連，U8的1腳與Ul的串行接收端PDO相連，U8 的2、3腳與Ul的PD2相連，控制串行發(fā)送、接收的分時進行。U8的6、7引腳形成了一對雙向差分信號，可實現(xiàn)RS-485總線的半雙工雙向通信功能。加入串行總線后，可實現(xiàn)多臺盤剎監(jiān)控報警器的聯(lián)網控制，同時對多臺鉆機進行監(jiān)控，以及將報警信息傳送至遠程計算機的功能。該部分也可以用其他電平轉換芯片(如MAX491、MAX232)組成RS422或RS232的串行通信電路。 圖2中的電源部分包括電壓調整模塊U3、U4，二極管Df D4，電感Ll和L2、電解電容El和E2、電容CfC4。外部直流輸入電壓DC24V經過二極管D1、D3分為兩路分別與電解電容El、E2并聯(lián)后接入U3的1輸入端，和U4的1輸入端。U3、U4的3、5輸入端接地，U3 的2輸出端由二極管D2箝位，并通過由電感Li、電容Cl、C2組成的濾波電路后，由電容C2 兩端輸出系統(tǒng)所需的+5伏電源(標記為+5V)，U4的2輸出端由二極管D4箝位，并通過由電感L2、電容C3、C4組成的濾波電路后，由電容C4兩端輸出系統(tǒng)所需的+3. 3伏電源(標記為 +3. 3V)，U3、U4的4輸入端反饋輸出電壓，使得到的電源電壓更加穩(wěn)定可靠。U3、U4及其外圍電路組成了一個小功率的開關電源，其輸出的電源與輸入的DC12V電源是隔離的，保證了整個系統(tǒng)的可靠工作。外部輸入的DC24V可以由司鉆房提供。
權利要求1.一種石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器，其特征在于包括微電腦電路部分、電源電路部分，以及接至所述微電腦電路部分I/O端口的信號檢測電路部分、報警輸出電路部分、語音提示電路部分和人機交互電路部分；所述信號檢測電路部分對液壓盤式剎車的油泵電機的工作電壓及液壓系統(tǒng)油壓進行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉換后供微電腦電路部分使用；所述微電腦電路部分對信號檢測電路部分采樣到的電壓信號、油壓信號進行處理和識別，判斷液壓盤式剎車是否工作正常，如果不正常則控制報警輸出電路部分及控制語音提示電路部分動作；所述微電腦電路部分還控制人機交互電路部分顯示信號檢測電路部分的采樣數(shù)據(jù)及報警輸出電路部分的報警信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器，其特征在于進一步包括通信電路部分，用于多臺監(jiān)控報警器的聯(lián)網控制，以及將報警信息傳送至遠程計算機。
3.根據(jù)權利要求1所述的石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器，其特征在于所述信號檢測電路部分包括交流電壓變送器、油壓變送器及AD轉換模塊，所述交流電壓變送器實時監(jiān)測并采樣液壓盤式剎車油泵電機的工作電壓，所述油壓變送器實時監(jiān)測并采樣液壓盤式剎車液壓系統(tǒng)的油壓，所述AD轉換模塊將交流電壓變送器和油壓變送器采樣的模擬量信號轉換為數(shù)字量信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器，其特征在于所述人機交互電路部分包括LCD顯示屏、按鍵，用于操作者對工作參數(shù)的設定、報警上下限的設定、 AD轉換的校準及語音提示的開啟和關閉。
5.根據(jù)權利要求1所述的石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器，其特征在于所述語音提示電路部分包括語音芯片和揚聲器。
6.根據(jù)權利要求1所述的石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器，其特征在于所述報警輸出電路部分包括指示燈、揚聲器和開關量輸出口，用于聲音、光及繼電器動作多種模式的報警信號的輸出。
專利摘要本實用新型的石油鉆機液壓盤式剎車監(jiān)控報警器，涉及工業(yè)控制技術領域，包括微電腦電路部分、電源電路部分，以及接至微電腦電路部分I/O端口的信號檢測電路部分、報警輸出電路部分、語音提示電路部分和人機交互電路部分；信號檢測電路部分對液壓盤式剎車油泵電機的工作電壓及液壓系統(tǒng)油壓進行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉換后供微電腦電路部分使用；微電腦電路部分對采樣的信號進行處理和識別，判斷液壓盤式剎車是否工作正常；該監(jiān)控報警器能夠實時監(jiān)控液壓盤式剎車的狀態(tài)，當出現(xiàn)異常情況時，將在第一時間發(fā)出聲光報警及語音提示，提示故障內容，提醒司鉆及時剎車，從而有效防止墩鉆、溜鉆等安全事故的發(fā)生。
文檔編號G08B21/00GK201993880SQ20112001827
公開日2011年9月28日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者何洛, 尚力, 張書濤 申請人:何洛, 尚力, 張書濤