尾游梁平衡塊智能控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種尾游梁平衡塊智能控制裝置，尤其涉及一種支持有線和無(wú)線通信方式的尾游梁平衡塊控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]游梁式抽油機(jī)是采油生產(chǎn)中廣泛使用的一種地面動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)備，游梁式抽油機(jī)由動(dòng)力機(jī)、齒輪減速箱、曲柄、平衡塊、連桿、游梁、支架和驢頭等組成，通過(guò)減速箱、曲柄連桿將動(dòng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜅U和抽油栗的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽油栗的吸油和排油過(guò)程。在油田采油生產(chǎn)中，由于油藏狀況的不斷變化，游梁式抽油機(jī)需要經(jīng)常調(diào)整平衡，以保證抽油機(jī)上、下行程的負(fù)荷均勻，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的同時(shí)降低能耗。
[0003]當(dāng)前絕大部分游梁式抽油機(jī)采用人工調(diào)整抽油機(jī)平衡度，這種人工調(diào)節(jié)配重的方法會(huì)帶來(lái)如下缺點(diǎn):1)需要在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，2)同時(shí)需要2-3人和吊車配合，每次調(diào)整需要2個(gè)小時(shí)左右，工人勞動(dòng)強(qiáng)度和管理難度較大，尤其是在高原、沙漠、戈壁等自然條件惡劣的油田，調(diào)整抽油機(jī)平衡度更為困難。人工調(diào)整抽油機(jī)平衡度不僅影響油井產(chǎn)量，含砂井還易造成卡栗事故。3)配重調(diào)節(jié)不精準(zhǔn)。4)無(wú)法做到隨著油井負(fù)載的變化及時(shí)調(diào)整平衡度。
[0004]現(xiàn)在一些油田也推廣應(yīng)用了部分自動(dòng)調(diào)平衡抽油機(jī)，有的廠家采用有線的連接方式將平衡塊控制裝置連接到地面控制柜內(nèi)的控制器上，還有一些廠家采用無(wú)線通信的方式將平衡塊控制裝置連接到地面控制柜內(nèi)的控制器上，由地面控制柜內(nèi)的控制器發(fā)送平衡塊運(yùn)動(dòng)方向指令；目前尚不存在一種即可以支持有線連接又可以支持無(wú)線連接的通用控制裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種尾游梁平衡塊智能控制裝置，是一種集電壓采集、電機(jī)控制、傾角計(jì)算、有線/無(wú)線通信功能為一體的智能控制裝置。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:尾游梁平衡塊智能控制裝置，包括微控制器，所述微控制器包括A/D轉(zhuǎn)換器接口、SPI外設(shè)接口、I/O 口以及串行口 ；其特殊之處在于:所述微控制器的A/D轉(zhuǎn)換器接口連接模擬量輸入前端網(wǎng)絡(luò)的輸出端，電池電壓信號(hào)連接模擬量輸入前端網(wǎng)絡(luò)的輸入端；微控制器的SPI外設(shè)接口連接3D加速度傳感器和FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；微控制器的i/o 口連接開(kāi)關(guān)量輸入單兀、開(kāi)關(guān)量輸出單兀、四位撥碼開(kāi)關(guān)以及SPI接口芯片的片選引腳；微控制器的一個(gè)串行口連接無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，另一個(gè)串行口連接串行通信接口 ；
[0007]上述微控制器采用的芯片型號(hào)是STM32F103ZET6。
[0008]上述控3D加速度傳感器采用的芯片型號(hào)是ADXL345。
[0009]上述微控制器I/O 口與開(kāi)關(guān)量輸入單元之間設(shè)置光電隔離器。
[0010]上述微控制器I/O 口與開(kāi)關(guān)量輸出單兀之間設(shè)置光電隔尚器。
[0011]上述控制裝置，從無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收到的系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)在SPI接口的FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。
[0012]上述FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用的芯片型號(hào)是AT45DB321DB。
[0013]上述串行通信接口是采用RS-485方式的串口通信接口，與微控制器的串行口之間是隔離連接的。
[0014]本實(shí)用新型的尾游梁平衡塊智能控制裝置，可以計(jì)算出平衡塊的傾角值、沖次值、蓄電池的電壓值；可以判定驢頭的上死點(diǎn)和下死點(diǎn)；可以采集前后限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，在平衡塊運(yùn)動(dòng)到限位位置時(shí)進(jìn)行停機(jī)保護(hù)；可以采集電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是，該控制裝置不僅可以通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)向來(lái)調(diào)節(jié)游梁的平衡度值，而且能提供有線通信和無(wú)線通信兩種接口，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的部署更加靈活方便。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖
[0017]圖2是本實(shí)用新型的3D加速度傳感器電路原理圖
[0018]圖3是本實(shí)用新型的FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路原理圖
[0019]圖4是本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)量輸出電路原理圖
[0020]圖5是本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)量輸入電路原理圖
[0021]圖6是本實(shí)用新型的模擬量輸入前端網(wǎng)絡(luò)電路原理圖
[0022]圖7是本實(shí)用新型的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊電路原理圖
[0023]圖8是本實(shí)用新型的串行通信接口電路原理圖
【具體實(shí)施方式】
[0024]參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的尾游梁平衡塊智能控制裝置，包括為控制器1、3D加速度傳感器2、開(kāi)關(guān)量輸入單元3、模擬量輸入前端網(wǎng)絡(luò)4、四位撥碼開(kāi)關(guān)5、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊6、開(kāi)關(guān)量輸出單元7、FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8、串行通信接口 9 ;微控制器1的輸入端連接3D加速度傳感器2、開(kāi)關(guān)量輸入單元3、模擬量輸入前端網(wǎng)絡(luò)4、四位撥碼開(kāi)關(guān)5 ;微控制器1的輸出端連接開(kāi)關(guān)量輸出單元；微控制器1的一個(gè)串行口連接無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；微控制器1的另一個(gè)串行口連接串行通信接口。
[0025]本實(shí)用新型的整個(gè)控制裝置以32位微控制器STM32F103ZET6為控制核心。微控制器1內(nèi)部包含了多種功能模塊，如看門(mén)狗定時(shí)器、可編程電壓檢測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、PWM、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、SPI外設(shè)接口、CAN總線控制器、USB設(shè)備接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、DMA 控制器、GP1 等。
[0026]參見(jiàn)圖2，本實(shí)用新型的3D加速度傳感器2芯片的型號(hào)為ADXL345，該芯片通過(guò)SPI外設(shè)接口與微控制器1連接，通過(guò)特定的程序算法可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)角度值的計(jì)算，根據(jù)角度值的變化趨勢(shì)判定上死點(diǎn)和下死點(diǎn)的位置以及結(jié)合微控制器1的內(nèi)部定時(shí)器計(jì)算出沖次值。
[0027]參見(jiàn)圖3，本實(shí)用新型的FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片的型號(hào)為AT45DB321DB，該芯片通過(guò)SPI外設(shè)接口與微控制器1連接，用于存儲(chǔ)來(lái)自無(wú)線數(shù)據(jù)模塊的系統(tǒng)參數(shù)。
[0028]參見(jiàn)圖4，本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)控制調(diào)平衡電機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)平衡塊在游梁上移動(dòng)，改變杠桿力矩來(lái)自動(dòng)調(diào)平衡。
[0029]參見(jiàn)圖5，本實(shí)用新型的開(kāi)關(guān)量輸入單元用于檢測(cè)限位開(kāi)關(guān)以及電機(jī)的狀態(tài)。
[0030]參見(jiàn)圖6，本實(shí)用新型模擬量輸入為線性隔離轉(zhuǎn)換電路，電池電壓經(jīng)電阻分壓、線性光耦隔離、再經(jīng)運(yùn)放調(diào)理輸出符合微控制器1中A/D模塊電壓輸入范圍的電壓信號(hào)，用于采集蓄電池的電壓值。
[0031]參見(jiàn)圖7，本實(shí)用新型的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊通過(guò)串行口與微控制器1相連，可通過(guò)SET引腳的高低電平設(shè)置模塊的工作模式:數(shù)據(jù)收發(fā)模式和設(shè)定模式，數(shù)據(jù)收發(fā)模式可用于正常的收發(fā)數(shù)據(jù)；設(shè)定模式可設(shè)定模塊的工作參數(shù)，如波特率、發(fā)射頻率、發(fā)射功率等。
[0032]參見(jiàn)圖8，本實(shí)用新型串行通信接口 9采用RS-485半雙工總線方式，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)總線結(jié)構(gòu)，總線方式采用MAXIAM公司的MAX485芯片，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，最大通訊距離可達(dá)1200米，最多可實(shí)現(xiàn)255臺(tái)裝置組網(wǎng)，與上位機(jī)串行通信，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.尾游梁平衡塊智能控制裝置，包括微控制器，所述微控制器包括A/D轉(zhuǎn)換器接口、SPI外設(shè)接口、I/O 口以及串行口 ；其特征在于:所述微控制器的A/D轉(zhuǎn)換器接口連接電池電壓線性隔離轉(zhuǎn)換電路的輸出端，電池電壓經(jīng)電阻分壓后接入線性隔離轉(zhuǎn)換電路的輸入端；微控制器的SPI外設(shè)接口連接3D加速度傳感器和FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；微控制器的I/O口連接開(kāi)關(guān)量輸入單兀、開(kāi)關(guān)量輸出單兀、四位撥碼開(kāi)關(guān)以及SPI接口芯片的片選引腳；微控制器的一個(gè)串行口連接無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，另一個(gè)串行口連接串行通信接口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾游梁平衡塊智能控制裝置，其特征在于:所述微控制器采用的芯片型號(hào)是STM32F103ZET6。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的尾游梁平衡塊智能控制裝置，其特征在于:所述3D加速度傳感器采用的芯片型號(hào)是ADXL345。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的尾游梁平衡塊智能控制裝置，其特征在于:所述微控制器1/0口與開(kāi)關(guān)量輸入單兀之間設(shè)置光電隔咼器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的尾游梁平衡塊智能控制裝置，其特征在于:所述微控制器1/0口與開(kāi)關(guān)量輸出單兀之間設(shè)置光電隔咼器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的尾游梁平衡塊智能控制裝置，其特征在于:通過(guò)所述無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收到的系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)在SPI接口的FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的尾游梁平衡塊智能控制裝置，其特征在于:所述FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用的芯片型號(hào)是AT45DB321D。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的尾游梁平衡塊智能控制裝置，其特征在于:所述串行通信接口是采用RS-485方式的串口通信接口。
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種在尾游梁上使用的尾游梁平衡塊智能控制裝置，包括微控制器，微控制器包括A/D轉(zhuǎn)換器接口、SPI外設(shè)接口、I/O口以及串行口；微控制器的A/D轉(zhuǎn)換器接口連接模擬量輸入前端網(wǎng)絡(luò)的輸出端，電池電壓信號(hào)連接模擬量輸入前端網(wǎng)絡(luò)的輸入端；微控制器的SPI外設(shè)接口連接3D加速度傳感器和FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；微控制器的I/O口連接開(kāi)關(guān)量輸入單元、開(kāi)關(guān)量輸出單元、四位撥碼開(kāi)關(guān)以及SPI接口芯片的片選引腳；微控制器的一個(gè)串行口連接無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，另一個(gè)串行口連接串行通信接口；本實(shí)用新型的尾游梁平衡塊智能控制裝置，是一種集電壓采集、電機(jī)控制、傾角計(jì)算、有線/無(wú)線通信功能為一體的智能控制裝置。
【IPC分類】F04B47/14, G05B19/042, E21B43/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205049914
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520816049
【發(fā)明人】項(xiàng)蜀忠, 時(shí)巖
【申請(qǐng)人】北京中澤華福自動(dòng)化技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年10月20日