CN203614098U - 无线立压采集分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无线立压采集分析装置，该装置包括立压传感器、电平转换模块、防雷模块、集成电路芯片、时钟管理芯片、GPS模块、GPRS无线模块、AC-DC电源模块、液晶显示模块、无纸记录仪、声光报警模块组成。立压传感器采集现场压力信号，并实时传输到无纸记录仪；无纸记录仪将整理的数字信号通过电平转换模块输入到集成电路芯片，并对数据进行处理，处理合格后的数据和GPS采集到的当前时间一一对应并通过GPRS模块上传到监控服务器同时进行连续存储。监控服务器根据存储的立压数据绘制压力曲线，并以声光报警形式显示出来，以达到实时对井场立压状态的了解与数据的分析。为无线立压采集和机械式测斜提供了重要的基础数据保障。

Description

无线立压采集分析装置

技术领域

本实用新型涉及随钻参数检测装置技术领域中的一种无线立管压力采集分析装置。

背景技术

在钻井体系中，立管压力（简称立压）采集与送显不仅给司钻作业人员提供直观的钻井参数，其作用也体现到了各个方面。无论是在钻井作业过程中，还是在配合井下机械式测斜设备测算斜率的过程中都起着非常重要的作用，过低或过高的立压都会直接影响钻井作业生产及安全。立压是随钻参数测算过程中的一项重要指标，近年来对该项指标的运用得到了不断发展。

立管压力采集频率和采集精度一直是机械式测斜过程中的重要环节，是提高分析精度的关键依据。近年来，在国内已有部分产品问世，但都存在一定的缺陷。这些设备或采集频率低、采集精度差，不足以提取连续有效的立压数据；或不能将采集点的时间与采集值一一对应，无法准确的绘制现场环境立压曲线；或不能通过GPRS无线网络实时将采集的有效数据传送到远端服务器，无法实现远端人员对现场环境的实时了解。普遍存在施工工程复杂、施工费用大、缺乏施工设计、无法实现数据远程实时监视记录和实时分析的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种具有立管压力采集功能、GPRS无线网络数据传输功能、安装方便、稳定性好、成本低的无线立压采集分析装置。

本实用新型的技术方案

一种无线立压采集分析装置包括立压传感器、传感器接口、电平转换模块、集成电路芯片、时钟管理芯片、GPS模块、工业GPRS无线模块、AC-DC电源模块、无纸记录仪和声光报警模块，其中：立压传感器通过传感器接口、无纸记录仪和电平转换模块与集成电路芯片连接；时钟管理芯片、GPS模块、AC-DC电源模块和声光报警模块直接接入集成电路芯片；工业GPRS无线模块与集成电路芯片采用双向连接；该装置采用GPS模块提取当前时间与采集的立压数据一一对应。

上述方案还包括

在电平转换模块与无纸记录仪之间还连接有485防雷模块。

电平转换模块、485防雷模块、集成电路芯片、时钟管理芯片、GPS模块、GPRS无线模块、AC-DC电源模块、声光报警模块、传感器接口连接在同一块PCB电路板上，并将无纸记录仪一并封装在防爆外壳中。

立压传感器采用二线4-20mA压力传感器，以外置热拔插的方式连接在PCB电路板上。

上述方案进一步包括

所述的立压传感器采用SK-8Y2X系列合金薄膜传感器。

所述的集成电路芯片采用STM32系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M3 处理器内核；所述电平转换模块为485-TTL电平转换模块；时钟管理芯片采用DS1302芯片；所述GPRS无线模块采用GPRS DTU工业无线数据通讯模块；无纸记录仪采用XSR10R立压传感器；AC-DC电源模块采用JME5-A2S05电源模块；声光报警模块采用YMD-12095蜂鸣器及LED发光二级管组成。

本实用新型的积极效果如下所示：

（1）      该实用新型无线立压采集分析装置采用GPS模块提取当前区域卫星提供的准确时间与采集的立压数据一一对应。

（2）      该实用新型无线立压采集分析装置采用GPRS网络实现数据传输，采用封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，使用成本较为便宜。

（3）      该实用新型无线立压采集分析装置具有组网设备多的特点，并通过TCP/UDP协议，结合内置看门狗的强大微电脑处理芯片实现数据传输和指令传输。

（4）      该实用新型无线立压采集分析装置具有可靠的无线数据传输网络通道，可将一一对应的GPS时间和采集的立压数据传送到监控服务器，实现大量立压数据的连续存储和实时曲线绘制。无需布线，节约成本。

（5）      该实用新型无线立压采集分析装置具有在数据采集前或采集过程中对网络、采集设备运行实现动态监控，以及在信号采集过程中对信号数据实现快速评价，及时分析及制定实施方案，达到全自动无人值守。为无线立压采集和机械式测斜提供了重要的基础数据保障。

附图说明

图1为本实用新型的一种无线立压采集分析装置实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

总体实施例

一种无线立压采集分析装置包括立压传感器、传感器接口、电平转换模块、集成电路芯片、时钟管理芯片、GPS模块、工业GPRS无线模块、AC-DC电源模块、无纸记录仪和声光报警模块，其中：立压传感器通过传感器接口、无纸记录仪和电平转换模块与集成电路芯片连接；时钟管理芯片、GPS模块、AC-DC电源模块和声光报警模块直接接入集成电路芯片；工业GPRS无线模块与集成电路芯片采用双向连接；该装置采用GPS模块提取当前时间与采集的立压数据一一对应。

上述实施例中在电平转换模块与无纸记录仪之间还连接有485防雷模块。立压传感器采用二线4-20mA压力传感器。所述的集成电路芯片采用STM32系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M3 处理器内核；所述电平转换模块为485-TTL电平转换模块；时钟管理芯片采用DS1302芯片；所述GPRS无线模块采用GPRS DTU工业无线数据通讯模块；无纸记录仪采用XSR10R立压传感器；AC-DC电源模块采用JME5-A2S05电源模块；声光报警模块采用YMD-12095蜂鸣器及LED发光二级管组成。

典型实施例

参照附图1，本实用新型将无纸记录仪1、485防雷模块2、485-TTL电平转换模块6、时钟管理芯片4、GPS模块7、工业GPRS无线模块9、声光报警模块11，分别连接在集成电路芯片3上，并将各模块焊接在一块PCB电路板上，由AC-DC电源模块10对上述各模块集中供电，最后将4-20mA立压传感器8通过热拔插的方式接在传感器接口5上。

集成电路芯片采用来自世界第一大专用模拟芯片和电源转换芯片制造商“意法半导体(STMicroelectronics)”生产的STM32F103RBT6。STM32系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M3 处理器内核，采用意法半导体独有的两大节能技术：130nm 专用低泄漏电流制造工艺和优化的节能架构，提供业界领先的节能性能。全系列产品共用大部分引脚、软件和外设，优异的兼容性为开发人员带来最大的设计灵活性。485-TTL电平转换模块的作用是通过方向控制芯片来控制485信号的发送和接受状态转换，并将485信号转换成TTL串口信号，真正实现485芯片发送数据的强大驱动能力。时钟管理芯片采用美国DALLAS公司推出的DS1302芯片，该芯片提供一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。工业无线模块采用上海顺舟科技生产的GPRS工业无线数据通讯模块，GPRS DTU（Data Terminal unit）数据传输单元，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。顺舟科技GPRS DTU就是用GPRS网络来传输数据的设备，采用工业级嵌入式处理器，内嵌TCP/IP协议栈，为用户提供全透明的，高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多协议支持的无线数据传输解决方案。立压传感器采用上海神开石油设备有限公司生产的SK-8Y2X系列合金薄膜传感器，采集区间为0-60MPa，该系列传感器由离子束溅射合金薄膜压力传感器与信号调制电路组成，适用于流体压力、差压或液位的检测，采用现代薄膜设备与刻蚀技术制造，其技术独特、性能优越，由此组成的SK-8Y2X系列传感器，具有精度高，能长期在恶劣环境下稳定工作的特点。无纸记录仪采用苏州倍达仪器仪表科技有限公司生产的XSR10R系列产品，该产品采用128×64点阵液晶屏。汉字菜单，记录和曲线显示功能 ；基本误差优于±0.2％F·S。16位A/D转换器。测控周期0.2秒，可提高到0.1秒。8段折线功能；抗干扰设计，抑制现场的继电器、接触器等产生的快速脉冲群干扰和其它电磁干扰，抗干扰能力达到III级 ；输入信号包括热电阻，热电偶，直流电流，直流电压，远传压力表等。AC-DC电源模块采用太原市捷力达电子有限公司生产的JME5-A2S05电源模块，该模块采用进口元器件，直流文波小、工作温度低、使用寿命长。声光报警模块采用YMD-12095蜂鸣器及LED发光二级管组成，通过单片机软件实现特殊温湿度声光报警。

本实用新型的无线立压采集分析装置配合监控服务器，采用有线和GPRS无线网络实现对立压采集过程中的网络、测控设备状态的动态监控，实现监测数据的自动检查和声光报警，同时将采集的立压数据和当前时间一一对应并实时传送到监控服务器，实现大量立压数据的连续存储和实时曲线绘制。

监控服务器由数据采集单元、网络监控单元、设备监控单元、数据处理单元、数据整合单元、存储单元、历史数据查询单元组成，各单元由监控服务器统一调度，各单元通过监控服务器内部接口通讯。

在数据采集之前，监控服务器对网络和无线立压采集分析装置进行测试，在数据采集过程中，监控服务器定时进行网络监控和设备监控，并向无线立压采集分析装置发送控制命令和测试命令。每个无线立压采集分析装置都设置固定的设备地址，确保监控服务器接收到准确的数据，监控服务器也可以根据设备地址向设备发送查询命令和控制命令。

在实际使用过程中，立压传感器模块实时采集来自井场的4-20mA立压波动信号，无纸记录仪将采集到的模拟信号通过AD转换变成数字信号，并通过485防雷模块和485-TTL电平转换模块发送到集成电路芯片上，该芯片将收到的二进制数据进行转换，处理成可读的字符型数据并将GPS模块采集到的精确当前时间一一对应形成有效的数据组进行加密，同时将加密好的数据储存在芯片FLASH区内，当监控服务器发送读取命令的时候，集成电路芯片将加密好的数据输送到工业GPRS无线数传模块上，该数据由无线方式传送到监控服务器上。监控服务器通过解密之前加密好的数据，对采集到的一一对应的立压与时间数据进行处理，绘制出实时的立压与时间关系的曲线。同时存储该立压数据，并以声光报警的形式显示在监控器上。监控服务器端的工作人员及专家可以根据实时绘制的立压曲线，对井场的环境进行及时的分析，配合井下机械式随钻测斜仪及时得到当前的测斜数据，为钻井工程提供有力的服务与技术保障。

Claims (6)

1.一种无线立压采集分析装置，其特征是包括立压传感器、传感器接口、电平转换模块、集成电路芯片、时钟管理芯片、GPS模块、工业GPRS无线模块、AC-DC电源模块、无纸记录仪和声光报警模块，其中：立压传感器通过传感器接口、无纸记录仪和电平转换模块与集成电路芯片连接；时钟管理芯片、GPS模块、AC-DC电源模块和声光报警模块直接接入集成电路芯片；工业GPRS无线模块与集成电路芯片采用双向连接；该装置采用GPS模块提取当前时间与采集的立压数据一一对应。

2.根据权利要求1所述的无线立压采集分析装置，其特征是：在电平转换模块与无纸记录仪之间还连接有485防雷模块。

3.根据权利要求2所述的无线立压采集分析装置，其特征是：电平转换模块、485防雷模块、集成电路芯片、时钟管理芯片、GPS模块、GPRS无线模块、AC-DC电源模块、声光报警模块、传感器接口连接在同一块PCB电路板上，并将无纸记录仪一并封装在防爆外壳中。

4.根据权利要求3所述的无线立压采集分析装置，其特征是：立压传感器采用二线4-20mA压力传感器，以外置热拔插的方式连接在PCB电路板上。

5.根据权利要求4所述的无线立压采集分析装置，其特征是：所述的立压传感器采用SK-8Y2X系列合金薄膜传感器。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的无线立压采集分析装置，其特征是：所述的集成电路芯片采用STM32系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M3 处理器内核；所述电平转换模块为485-TTL电平转换模块；时钟管理芯片采用DS1302芯片；所述GPRS无线模块采用GPRS DTU工业无线数据通讯模块；无纸记录仪采用XSR10R立压传感器；AC-DC电源模块采用JME5-A2S05电源模块；声光报警模块采用YMD-12095蜂鸣器及LED发光二级管组成。