CN110543116A - 一种尾游梁地面控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种尾游梁地面控制装置，包括微控制器，微控制器的I2C总线接口电连有EEPROM存储器；微控制器的SPI总线接口电连有三相电能专用计量模块；微控制器的I/O口分别电连有开关量输入单元、开关量输出单元；微控制器的两个USART串行总线接口分别电连有WIFI透传模块和ZigBee通信模块；微控制器的另两个USART串行总线接口分别电连有RS485总线电平转换模块。本发明提供两种通信方式与尾游梁平衡块控制装置连接，从而组成一个完整的平衡度调节系统；通过提供无线的连接方式，可有效避免因抽油杆往复运动导致的电缆断裂而造成的系统故障，同时避免了因漏电而产生的潜在安全事故，降低了安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及抽油机技术领域，尤其涉及一种尾游梁地面控制装置。
背景技术
游梁式抽油机是采油生产中广泛使用的一种地面动力传动设备，游梁式抽油机由动力机、齿轮减速箱、曲柄、平衡块、连杆、游梁、支架和驴头等组成，通过减速箱、曲柄连杆将动力机的旋转运动变为抽油杆和抽油泵的往复运动，实现抽油泵的吸油和排油过程。在油田采油生产中，由于油藏状况的不断变化，游梁式抽油机需要经常调整平衡，以保证抽油机上、下行程的负荷均匀，延长设备使用寿命的同时降低能耗。
当前绝大部分游梁式抽油机采用人工调整抽油机平衡度的方式，一些厂家采用有线的连接方式将平衡块控制装置连接到地面控制柜内的控制器上，另外一些厂家采用无线通信的方式将平衡块控制装置连接到地面控制柜内，目前市场上已存在提供无线接口的平衡块控制装置，但尚不存在一种与之匹配的地面控制装置，共同组成一个完整的平衡度调节系统。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种尾游梁地面控制装置。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种尾游梁地面控制装置，包括微控制器，微控制器包括I2C总线接口、SPI总线接口、I/O口以及四个USART串行总线接口，微控制器的I2C总线接口电连有EEPROM存储器；微控制器的SPI总线接口电连有三相电能专用计量模块；微控制器的I/O口分别电连有开关量输入单元、开关量输出单元、两位拨码开关以及SPI总线接口芯片的片选引脚；微控制器的两个USART串行总线接口分别电连有WIFI透传模块和ZigBee通信模块；微控制器的另两个USART串行总线接口分别电连有一个RS485总线电平转换模块。
进一步的，微控制器采用的芯片型号为STM32F407VET6。
进一步的，EEPROM存储器采用的芯片型号为AT24C02。
进一步的，三相电能专用计量模块采用的芯片型号为ATT7022EU。
进一步的，微控制器I/O口与开关量输入单元之间设有光电隔离器。
进一步的，微控制器I/O口与开关量输出单元之间设有光电隔离器。
进一步的，WIFI透传模块采用的芯片型号为USR-C215。
进一步的，ZigBee通信模块采用的芯片型号为XBP24CZ7UIT-004。
进一步的，RS485总线电平转换模块采用的芯片型号为ADM2483BRWZ。
本发明的有益效果是：本发明可提供有线和无线两种通信方式与尾游梁平衡块控制装置连接，从而组成一个完整的平衡度调节系统；通过提供无线的连接方式，可有效避免因抽油杆往复运动导致的电缆断裂而造成的系统故障，同时避免了因漏电而产生的潜在安全事故，降低了安全隐患。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为EEPROM存储器的电路原理图；
图3为三相电能专用计量模块的电路原理图；
图4为开关量输出单元的电路原理图；
图5为开关量输入单元的电路原理图；
图6为WIFI透传模块的电路原理图；
图7为ZigBee通信模块的电路原理图；
图8为RS485总线电平转换模块的电路原理图；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种尾游梁地面控制装置，包括微控制器，微控制器包括I2C总线接口、SPI总线接口、I/O口以及四个USART串行总线接口，微控制器的I2C总线接口电连有EEPROM存储器；微控制器的SPI总线接口电连有三相电能专用计量模块；微控制器的I/O口分别电连有开关量输入单元、开关量输出单元、两位拨码开关以及SPI总线接口芯片的片选引脚；微控制器的两个USART串行总线接口分别电连有WIFI透传模块和ZigBee通信模块；微控制器的另两个USART串行总线接口分别电连有一个RS485总线电平转换模块。
进一步的，微控制器采用的芯片型号为STM32F407VET6。
进一步的，EEPROM存储器采用的芯片型号为AT24C02。
进一步的，三相电能专用计量模块采用的芯片型号为ATT7022EU。
进一步的，微控制器I/O口与开关量输入单元之间设有光电隔离器。
进一步的，微控制器I/O口与开关量输出单元之间设有光电隔离器。
进一步的，WIFI透传模块采用的芯片型号为USR-C215。
进一步的，ZigBee通信模块采用的芯片型号为XBP24CZ7UIT-004。
进一步的，RS485总线电平转换模块采用的芯片型号为ADM2483BRWZ。
本发明以32位微控制器STM32F407VET6为控制核心，微控制器内部包含了多种功能模块，如看门狗定时器、A/D转换器、D/A转换器、PWM、USART串口控制器、定时器/计数器、SPI接口控制器、CAN总线控制器、DMA控制器、GPIO引脚等。
如图2所示，本发明的EEPROM存储器用于存储系统运行所依赖的运行参数，微控制器通过I2C接口既可将用户设置的运行参数写入EEPROM存储器中，且断电不会丢失；也可从EEPROM存储器中将运行参数读取处理，供系统程序使用。
如图3所示，本发明的三相电能专用计量模块用于采集抽油机的运行电参数，采集的数据包括三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、三相视在功率、电网频率，功率因数、有功电能、无功电能等电参数，在三相电能专用计量芯片正常工作前，微控制器需要将芯片依赖的运行参数从EEPROM存储器中读出来，再通过SPI接口传入计量芯片相应的寄存器中，然后再定时通过SPI接口读取计量芯片生成的电参数。
如图4所示，本发明的开关量输出单元用于指示装置的报警状态，为外部设备提供事件报告。
如图5所示，本发明的开关量输入单元用于检测面板的输入指令，支持的指令包括平衡块前进、平衡块后退、平衡块停止、平衡度调节方式选择(手动/自动)，操作方式选择(面板操作/远程操作)；其中平衡块的前进、后退、停止操作只有在操作方式为面板操作，平衡度调节方式为手动时才有效；操作方式用于向本装置指示面板操作是否有效，平衡度调节方式一旦选择自动调节，本装置会根据内部的计算逻辑执行自动调平衡操作。
如图6所示，本发明的WIFI透传模块提供一种WIFI热点接入服务，用户可通过移动设备端的APP接入热点，对本发明进行参数设置，也可以读取本发明的运行状态。
如图7所示，本发明的ZigBee通信模块可用于加入一个本地网络，可通过此网络进行尾游梁平衡块控制装置的运行参数的读写等操作；本模块还提供数据远传API，加入该网络的远程设备可通过该API进行本发明的运行参数读写。
如图8所示，本发明的两个RS485电平转换芯片提供两个标准的RS485总线接口，一个RS485总线接口用于连接RS485接口的显示器，可显示蓄电池电压、平衡度、冲次等参数值，另一个RS485总线接口用于以有线方式连接到尾游梁平衡块控制装置提供的RS485接口，用于数据通信。
通过ZigBee网络可以实时读取尾游梁的运行状态；可以根据驴头运行位置和电能参数计算出抽油机的平衡度值；可以根据平衡度值，向尾游梁平衡块控制装置发送控制指令，通过调节平衡块的位置，让抽油机的平衡度维持在一个设定的范围区间内，从而实现动态调整抽油机平衡度的目的。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种尾游梁地面控制装置，包括微控制器，微控制器包括I2C总线接口、SPI总线接口、I/O口以及四个USART串行总线接口，其特征在于，微控制器的I2C总线接口电连有EEPROM存储器；微控制器的SPI总线接口电连有三相电能专用计量模块；微控制器的I/O口分别电连有开关量输入单元、开关量输出单元、两位拨码开关以及SPI总线接口芯片的片选引脚；微控制器的两个USART串行总线接口分别电连有WIFI透传模块和ZigBee通信模块；微控制器的另两个USART串行总线接口分别电连有一个RS485总线电平转换模块。
2.根据权利要求1所述的尾游梁地面控制装置，其特征在于，微控制器I/O口与开关量输入单元之间设有光电隔离器。
3.根据权利要求1所述的尾游梁地面控制装置，其特征在于，微控制器I/O口与开关量输出单元之间设有光电隔离器。
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