無線立壓采集分析裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種無線立壓采集分析裝置，該裝置包括立壓傳感器、電平轉(zhuǎn)換模塊、防雷模塊、集成電路芯片、時鐘管理芯片、GPS模塊、GPRS無線模塊、AC-DC電源模塊、液晶顯示模塊、無紙記錄儀、聲光報警模塊組成。立壓傳感器采集現(xiàn)場壓力信號，并實時傳輸?shù)綗o紙記錄儀；無紙記錄儀將整理的數(shù)字信號通過電平轉(zhuǎn)換模塊輸入到集成電路芯片，并對數(shù)據(jù)進行處理，處理合格后的數(shù)據(jù)和GPS采集到的當前時間一一對應(yīng)并通過GPRS模塊上傳到監(jiān)控服務(wù)器同時進行連續(xù)存儲。監(jiān)控服務(wù)器根據(jù)存儲的立壓數(shù)據(jù)繪制壓力曲線，并以聲光報警形式顯示出來，以達到實時對井場立壓狀態(tài)的了解與數(shù)據(jù)的分析。為無線立壓采集和機械式測斜提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。
【專利說明】無線立壓采集分析裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及隨鉆參數(shù)檢測裝置【技術(shù)領(lǐng)域】中的一種無線立管壓力采集分析裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在鉆井體系中，立管壓力(簡稱立壓)采集與送顯不僅給司鉆作業(yè)人員提供直觀的鉆井參數(shù)，其作用也體現(xiàn)到了各個方面。無論是在鉆井作業(yè)過程中，還是在配合井下機械式測斜設(shè)備測算斜率的過程中都起著非常重要的作用，過低或過高的立壓都會直接影響鉆井作業(yè)生產(chǎn)及安全。立壓是隨鉆參數(shù)測算過程中的一項重要指標，近年來對該項指標的運用得到了不斷發(fā)展。
[0003]立管壓力采集頻率和采集精度一直是機械式測斜過程中的重要環(huán)節(jié)，是提高分析精度的關(guān)鍵依據(jù)。近年來，在國內(nèi)已有部分產(chǎn)品問世，但都存在一定的缺陷。這些設(shè)備或采集頻率低、采集精度差，不足以提取連續(xù)有效的立壓數(shù)據(jù)；或不能將采集點的時間與采集值一一對應(yīng)，無法準確的繪制現(xiàn)場環(huán)境立壓曲線；或不能通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實時將采集的有效數(shù)據(jù)傳送到遠端服務(wù)器，無法實現(xiàn)遠端人員對現(xiàn)場環(huán)境的實時了解。普遍存在施工工程復(fù)雜、施工費用大、缺乏施工設(shè)計、無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程實時監(jiān)視記錄和實時分析的問題。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具有立管壓力采集功能、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能、安裝方便、穩(wěn)定性好、成本低的無線立壓采集分析裝置。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案
[0006]一種無線立壓采集分析裝置包括立壓傳感器、傳感器接口、電平轉(zhuǎn)換模塊、集成電路芯片、時鐘管理芯片、GPS模塊、工業(yè)GPRS無線模塊、AC-DC電源模塊、無紙記錄儀和聲光報警模塊，其中:立壓傳感器通過傳感器接口、無紙記錄儀和電平轉(zhuǎn)換模塊與集成電路芯片連接；時鐘管理芯片、GPS模塊、AC-DC電源模塊和聲光報警模塊直接接入集成電路芯片；工業(yè)GPRS無線模塊與集成電路芯片采用雙向連接；該裝置采用GPS模塊提取當前時間與采集的立壓數(shù)據(jù)一一對應(yīng)。
[0007]上述方案還包括
[0008]在電平轉(zhuǎn)換模塊與無紙記錄儀之間還連接有485防雷模塊。
[0009]電平轉(zhuǎn)換模塊、485防雷模塊、集成電路芯片、時鐘管理芯片、GPS模塊、GPRS無線模塊、AC-DC電源模塊、聲光報警模塊、傳感器接口連接在同一塊PCB電路板上，并將無紙記錄儀一并封裝在防爆外殼中。
[0010]立壓傳感器采用二線4-20mA壓力傳感器，以外置熱拔插的方式連接在PCB電路板上。
[0011]上述方案進一步包括
[0012]所述的立壓傳感器采用SK-8Y2X系列合金薄膜傳感器。[0013]所述的集成電路芯片采用STM32系列產(chǎn)品基于超低功耗的ARM Cortex_M3處理器內(nèi)核；所述電平轉(zhuǎn)換模塊為485-TTL電平轉(zhuǎn)換模塊；時鐘管理芯片采用DS1302芯片；所述GPRS無線模塊采用GPRS DTU工業(yè)無線數(shù)據(jù)通訊模塊；無紙記錄儀采用XSRlOR立壓傳感器；AC-DC電源模塊采用JME5-A2S05電源模塊；聲光報警模塊采用YMD-12095蜂鳴器及LED發(fā)光二級管組成。
[0014]本實用新型的積極效果如下所示:
[0015]( I)該實用新型無線立壓采集分析裝置采用GPS模塊提取當前區(qū)域衛(wèi)星提供的準確時間與采集的立壓數(shù)據(jù)一一對應(yīng)。
[0016](2)該實用新型無線立壓采集分析裝置采用GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，采用封包(Packet)式來傳輸，因此使用者所負擔(dān)的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，使用成本較為便宜。
[0017](3)該實用新型無線立壓采集分析裝置具有組網(wǎng)設(shè)備多的特點，并通過TCP/UDP協(xié)議，結(jié)合內(nèi)置看門狗的強大微電腦處理芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和指令傳輸。
[0018](4)該實用新型無線立壓采集分析裝置具有可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)通道，可將一一對應(yīng)的GPS時間和采集的立壓數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控服務(wù)器，實現(xiàn)大量立壓數(shù)據(jù)的連續(xù)存儲和實時曲線繪制。無需布線，節(jié)約成本。
[0019](5)該實用新型無線立壓采集分析裝置具有在數(shù)據(jù)采集前或采集過程中對網(wǎng)絡(luò)、采集設(shè)備運行實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控，以及在信號采集過程中對信號數(shù)據(jù)實現(xiàn)快速評價，及時分析及制定實施方案，達到全自動無人值守。為無線立壓采集和機械式測斜提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的一種無線立壓采集分析裝置實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步說明。
[0022]總體實施例
[0023]一種無線立壓采集分析裝置包括立壓傳感器、傳感器接口、電平轉(zhuǎn)換模塊、集成電路芯片、時鐘管理芯片、GPS模塊、工業(yè)GPRS無線模塊、AC-DC電源模塊、無紙記錄儀和聲光報警模塊，其中:立壓傳感器通過傳感器接口、無紙記錄儀和電平轉(zhuǎn)換模塊與集成電路芯片連接；時鐘管理芯片、GPS模塊、AC-DC電源模塊和聲光報警模塊直接接入集成電路芯片；工業(yè)GPRS無線模塊與集成電路芯片采用雙向連接；該裝置采用GPS模塊提取當前時間與采集的立壓數(shù)據(jù) 對應(yīng)。
[0024]上述實施例中在電平轉(zhuǎn)換模塊與無紙記錄儀之間還連接有485防雷模塊。立壓傳感器采用二線4-20mA壓力傳感器。所述的集成電路芯片采用STM32系列產(chǎn)品基于超低功耗的ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核；所述電平轉(zhuǎn)換模塊為485-TTL電平轉(zhuǎn)換模塊；時鐘管理芯片采用DS1302芯片；所述GPRS無線模塊采用GPRS DTU工業(yè)無線數(shù)據(jù)通訊模塊；無紙記錄儀采用XSRlOR立壓傳感器；AC-DC電源模塊采用JME5-A2S05電源模塊；聲光報警模塊采用YMD-12095蜂鳴器及LED發(fā)光二級管組成。[0025]典型實施例
[0026]參照附圖1，本實用新型將無紙記錄儀1、485防雷模塊2、485_TTL電平轉(zhuǎn)換模塊
6、時鐘管理芯片4、GPS模塊7、工業(yè)GPRS無線模塊9、聲光報警模塊11，分別連接在集成電路芯片3上，并將各模塊焊接在一塊PCB電路板上，由AC-DC電源模塊10對上述各模塊集中供電，最后將4-20mA立壓傳感器8通過熱拔插的方式接在傳感器接口 5上。
[0027]集成電路芯片采用來自世界第一大專用模擬芯片和電源轉(zhuǎn)換芯片制造商“意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics) ”生產(chǎn)的STM32F103RBT6。STM32系列產(chǎn)品基于超低功耗的ARMCortex-M3處理器內(nèi)核,采用意法半導(dǎo)體獨有的兩大節(jié)能技術(shù):130nm專用低泄漏電流制造工藝和優(yōu)化的節(jié)能架構(gòu)，提供業(yè)界領(lǐng)先的節(jié)能性能。全系列產(chǎn)品共用大部分引腳、軟件和外設(shè)，優(yōu)異的兼容性為開發(fā)人員帶來最大的設(shè)計靈活性。485-TTL電平轉(zhuǎn)換模塊的作用是通過方向控制芯片來控制485信號的發(fā)送和接受狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并將485信號轉(zhuǎn)換成TTL串口信號，真正實現(xiàn)485芯片發(fā)送數(shù)據(jù)的強大驅(qū)動能力。時鐘管理芯片采用美國DALLAS公司推出的DS1302芯片，該芯片提供一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V?5.5V。工業(yè)無線模塊采用上海順舟科技生產(chǎn)的GPRS工業(yè)無線數(shù)據(jù)通訊模塊，GPRS DTUCData Terminal unit)數(shù)據(jù)傳輸單元，是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進行傳送的無線終端設(shè)備。順舟科技GPRS DTU就是用GPRS網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，采用工業(yè)級嵌入式處理器，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，為用戶提供全透明的，高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多協(xié)議支持的無線數(shù)據(jù)傳輸解決方案。立壓傳感器采用上海神開石油設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SK-8Y2X系列合金薄膜傳感器，采集區(qū)間為0-60MPa，該系列傳感器由離子束濺射合金薄膜壓力傳感器與信號調(diào)制電路組成，適用于流體壓力、差壓或液位的檢測，采用現(xiàn)代薄膜設(shè)備與刻蝕技術(shù)制造，其技術(shù)獨特、性能優(yōu)越，由此組成的SK-8Y2X系列傳感器，具有精度高，能長期在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作的特點。無紙記錄儀采用蘇州倍達儀器儀表科技有限公司生產(chǎn)的XSRlOR系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用128X64點陣液晶屏。漢字菜單，記錄和曲線顯示功能；基本誤差優(yōu)于±0.2% F *S。16位A/D轉(zhuǎn)換器。測控周期0.2秒，可提高到0.1秒。8段折線功能；抗干擾設(shè)計，抑制現(xiàn)場的繼電器、接觸器等產(chǎn)生的快速脈沖群干擾和其它電磁干擾，抗干擾能力達到III級；輸入信號包括熱電阻，熱電偶，直流電流，直流電壓，遠傳壓力表等。AC-DC電源模塊采用太原市捷力達電子有限公司生產(chǎn)的JME5-A2S05電源模塊，該模塊采用進口元器件，直流文波小、工作溫度低、使用壽命長。聲光報警模塊采用YMD-12095蜂鳴器及LED發(fā)光二級管組成，通過單片機軟件實現(xiàn)特殊溫濕度聲光報警。
[0028]本實用新型的無線立壓采集分析裝置配合監(jiān)控服務(wù)器，采用有線和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對立壓采集過程中的網(wǎng)絡(luò)、測控設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動檢查和聲光報警，同時將采集的立壓數(shù)據(jù)和當前時間一一對應(yīng)并實時傳送到監(jiān)控服務(wù)器，實現(xiàn)大量立壓數(shù)據(jù)的連續(xù)存儲和實時曲線繪制。
[0029]監(jiān)控服務(wù)器由數(shù)據(jù)采集單元、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元、設(shè)備監(jiān)控單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)整合單元、存儲單元、歷史數(shù)據(jù)查詢單元組成，各單元由監(jiān)控服務(wù)器統(tǒng)一調(diào)度，各單元通過監(jiān)控服務(wù)器內(nèi)部接口通訊。
[0030]在數(shù)據(jù)采集之前，監(jiān)控服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)和無線立壓采集分析裝置進行測試，在數(shù)據(jù)采集過程中，監(jiān)控服務(wù)器定時進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和設(shè)備監(jiān)控，并向無線立壓采集分析裝置發(fā)送控制命令和測試命令。每個無線立壓采集分析裝置都設(shè)置固定的設(shè)備地址，確保監(jiān)控服務(wù)器接收到準確的數(shù)據(jù)，監(jiān)控服務(wù)器也可以根據(jù)設(shè)備地址向設(shè)備發(fā)送查詢命令和控制命令。
[0031]在實際使用過程中，立壓傳感器模塊實時采集來自井場的4_20mA立壓波動信號，無紙記錄儀將采集到的模擬信號通過AD轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，并通過485防雷模塊和485-TTL電平轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送到集成電路芯片上，該芯片將收到的二進制數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，處理成可讀的字符型數(shù)據(jù)并將GPS模塊采集到的精確當前時間一一對應(yīng)形成有效的數(shù)據(jù)組進行加密，同時將加密好的數(shù)據(jù)儲存在芯片F(xiàn)LASH區(qū)內(nèi)，當監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送讀取命令的時候，集成電路芯片將加密好的數(shù)據(jù)輸送到工業(yè)GPRS無線數(shù)傳模塊上，該數(shù)據(jù)由無線方式傳送到監(jiān)控服務(wù)器上。監(jiān)控服務(wù)器通過解密之前加密好的數(shù)據(jù)，對采集到的一一對應(yīng)的立壓與時間數(shù)據(jù)進行處理，繪制出實時的立壓與時間關(guān)系的曲線。同時存儲該立壓數(shù)據(jù)，并以聲光報警的形式顯示在監(jiān)控器上。監(jiān)控服務(wù)器端的工作人員及專家可以根據(jù)實時繪制的立壓曲線，對井場的環(huán)境進行及時的分析，配合井下機械式隨鉆測斜儀及時得到當前的測斜數(shù)據(jù)，為鉆井工程提供有力的服務(wù)與技術(shù)保障。
【權(quán)利要求】
1.一種無線立壓采集分析裝置，其特征是包括立壓傳感器、傳感器接口、電平轉(zhuǎn)換模塊、集成電路芯片、時鐘管理芯片、GPS模塊、工業(yè)GPRS無線模塊、AC-DC電源模塊、無紙記錄儀和聲光報警模塊，其中:立壓傳感器通過傳感器接口、無紙記錄儀和電平轉(zhuǎn)換模塊與集成電路芯片連接；時鐘管理芯片、GPS模塊、AC-DC電源模塊和聲光報警模塊直接接入集成電路芯片；工業(yè)GPRS無線模塊與集成電路芯片采用雙向連接；該裝置采用GPS模塊提取當前時間與采集的立壓數(shù)據(jù)一一對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線立壓采集分析裝置，其特征是:在電平轉(zhuǎn)換模塊與無紙記錄儀之間還連接有485防雷模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線立壓采集分析裝置，其特征是:電平轉(zhuǎn)換模塊、485防雷模塊、集成電路芯片、時鐘管理芯片、GPS模塊、GPRS無線模塊、AC-DC電源模塊、聲光報警模塊、傳感器接口連接在同一塊PCB電路板上，并將無紙記錄儀一并封裝在防爆外殼中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線立壓采集分析裝置，其特征是:立壓傳感器采用二線4-20mA壓力傳感器，以外置熱拔插的方式連接在PCB電路板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線立壓采集分析裝置，其特征是:所述的立壓傳感器采用SK-8Y2X系列合金薄膜傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4或5所述的無線立壓采集分析裝置，其特征是:所述的集成電路芯片采用STM32系列產(chǎn)品基于超低功耗的ARM Cortex_M3處理器內(nèi)核；所述電平轉(zhuǎn)換模塊為485-TTL電平轉(zhuǎn)換模塊；時鐘管理芯片采用DS1302芯片；所述GPRS無線模塊采用GPRS DTU工業(yè)無線數(shù)據(jù)通訊模塊；無紙記錄儀采用XSRlOR立壓傳感器；AC_DC電源模塊采用JME5-A2S05電源模塊；聲光報警模塊采用YMD-12095蜂鳴器及LED發(fā)光二級管組成。
【文檔編號】E21B47/06GK203614098SQ201320663857
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月27日
【發(fā)明者】范寅聰, 崔謙, 王建業(yè), 耿應(yīng)春, 張瑩, 呂妍妍, 曹忠成, 苗峰 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院