一種水基動力無桿抽油機的測試裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種水基動力無桿抽油機的測試裝置及方法，所述裝置包括機箱和安裝在機箱內且緊貼機箱底部的數據采集卡、主板、電源、磁盤陣列及安裝在機箱外表面的觸摸屏；數據采集卡用于采集水基動力無桿抽油機的運行數據，并將采集的運行數據傳輸給主板；主板用于通過分形盒維數方法對接收的水基動力無桿抽油機的運行數據進行故障診斷和分析；磁盤陣列用于存儲水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果；觸摸屏用于顯示水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果。本發明對水基動力無桿抽油機進行狀態監測與故障診斷，有利于發展石油產業的安全生產工作。
【專利說明】一種水基動力無桿抽油機的測試裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及液壓無桿采油【技術領域】，特別是涉及一種水基動力無桿抽油機的測試裝置及方法。
【背景技術】
[0002]液壓無桿采油技術是近幾年發展起來的一項新技術。水基動力無桿抽油機主要由地面液力驅動系統、井下液力抽油系統、動力傳輸系統三部分組成，其工作過程是由地面液力驅動系統驅動井下液力抽油泵液動機構運動，實現抽油工作過程。目前，對游梁式抽油機設備的狀態監測與診斷在我國油田應用的較為普遍，而水基動力無桿抽油機作為一種近年發展起來的新型抽油設備，對其的狀態監測與故障診斷則較少涉及。但是，隨著我國經濟的發展，安全生產工作在石油產業的持續發展中日益重要，對于水基動力無桿抽油系統的狀態監測與故障診斷也就越來越重要。因此，本發明提出了一種水基動力無桿抽油系統的測試裝置及方法。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種水基動力無桿抽油系統的測試裝置及方法，用于解決水基動力無桿抽油機的狀態監測與診斷問題。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種水基動力無桿抽油機的測試裝置，包括機箱和安裝在機箱內且緊貼機箱底部的數據采集卡、主板、電源和磁盤陣列，還包括安裝在機箱外表面的觸摸屏；
[0005]所述數據采集卡，其用于采集水基動力無桿抽油機的運行數據，并將采集的運行數據傳輸給所述主板；
[0006]所述主板，其用于通過分形盒維數方法對接收的水基動力無桿抽油機的運行數據進行故障診斷和分析，并將故障診斷和分析結果傳輸給觸摸屏顯示；
[0007]所述電源，其用于向所述主板供電；
[0008]所述磁盤陣列，其用于存儲水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果；
[0009]所述觸摸屏，其用于顯示水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果。
[0010]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0011]進一步，所述機箱內還安裝有觸摸屏控制板，用于控制所述觸摸屏進行數據顯示。
[0012]進一步，所述機箱為可開蓋結構。
[0013]進一步，所述數據采集卡為12通道的16位同步采集卡。
[0014]進一步，所述數據采集卡連接有安裝在所述機箱內的采集卡接線板，所述采集卡接線板連接安裝在機箱外，且用于采集水基動力無桿抽油機的運行數據的傳感器組，所述采集卡接線板用于將通過傳感器組獲得的水基動力無桿抽油機的運行數據傳輸給所述數據采集卡。
[0015]進一步，所述主板包括屬性設置模塊、波形顯示模塊、數據存儲模塊、數據分析模塊和數據管理模塊；
[0016]所述屬性設置模塊，其用于錄入現場的井位信息、采樣信息、通道信息以及文件保存的路徑；
[0017]所述波形顯示模塊，其用于即時顯示各通道的數據波形以及當前顯示波形的采樣信息井位信息；
[0018]所述數據存儲模塊，其用于保存設定時間段內的數據，并顯示實時信號的頻譜；
[0019]所述數據分析模塊，其用于設定數據分析方法進行故障診斷；
[0020]所述數據管理模塊，其用于調取并顯示主板中保存的水基動力無桿抽油機的歷史狀態數據。
[0021]進一步，所述機箱內還包括無線收發模塊，其連接主板，用于無線發送水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果。
[0022]進一步，所述機箱內各模塊之間通過屏蔽線連接。
[0023]本發明的技術方案還包括一種水基動力無桿抽油機的測試方法，包括:
[0024]步驟I，采集水基動力無桿抽油機的運行數據；
[0025]步驟2，通過分形盒維數方法對采集的水基動力無桿抽油機的運行數據進行故障診斷和分析；
[0026]步驟3，存儲并顯示水基動力無桿抽油機的運行數據以及得到的故障診斷和分析結果。
[0027]進一步，所述步驟2具體包括:
[0028]步驟21，構建含有隨機信號的等效理論示功圖，運用分形盒維數方法對構建的理論示功圖求取分形盒維數；
[0029]步驟22，在利用分形盒維數對理論示功圖的特征進行提取時，將測得的理論示功圖作為二維圖像進行分析與處理，并與典型故障的分形區間進行特征匹配，得到不同工作狀況下分形盒維數的變化范圍。
[0030]本發明的有益效果是:本發明對水基動力無桿抽油機進行狀態監測與故障診斷，有利于發展石油產業的安全生產工作。此外，本發明的測試裝置將各功能模塊集成到一個機箱內，便于攜帶和現場測試。同時，采用了觸摸屏設計，便于工作人員進行操作和獲取數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明所述水基動力無桿抽油機的測試裝置的結構示意圖；
[0032]圖2為本發明所述水基動力無桿抽油機的測試方法的流程示意圖；
[0033]圖3為本發明實施例中測試裝置的物理架構圖；
[0034]圖4為本發明實施例中測試裝置的信號處理流程圖；
[0035]圖5為本發明實施例中測試裝置的主板內置功能模塊的物理架構圖。
[0036]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0037]1、機箱，2、數據采集卡，3、主板，4、電源，5、磁盤陣列，6、觸摸屏，7、觸摸屏控制板，8、采集卡接線板，9、傳感器組。
【具體實施方式】
[0038]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0039]如圖1所示，本實施例給出了一種水基動力無桿抽油機的測試裝置，包括機箱I和安裝在機箱內且緊貼機箱底部的數據采集卡2、主板3、電源4和磁盤陣列5，還包括安裝在機箱外表面的觸摸屏6，且所述機箱內還安裝有觸摸屏控制板7，用于控制所述觸摸屏進行數據顯示。需注意的是，圖1中為了示意觸摸屏與機箱內部件的連接關系，將觸摸屏外在機箱外部，實質上觸摸屏是安裝在機箱外表面上的。
[0040]所述機箱I為整體可開蓋結構的鐵質機箱，散熱性良好，強度良好。
[0041]所述數據采集卡2，其用于采集水基動力無桿抽油機的運行數據，并將采集的運行數據傳輸給所述主板3。所述數據采集卡采用12通道的16位同步采集卡，可有效保證采集信號的時間同步性和數據精度，且數據采集卡連接有安裝在所述機箱內的采集卡接線板8，所述采集卡接線板8連接安裝在機箱外，且用于采集水基動力無桿抽油機的運行數據的傳感器組9，所述采集卡接線板用于將通過傳感器組獲得的水基動力無桿抽油機的運行數據傳輸給所述數據采集卡。所述傳感器組包括溫度傳感器、壓力傳感器、三軸振動傳感器、電流傳感器、超聲流量計等傳感器，其采集的水基動力無桿抽油機的運行數據包括電流、壓力、振動、溫度、流量等信號。
[0042]所述主板，其用于通過分形盒維數方法對接收的水基動力無桿抽油機的運行數據進行故障診斷和分析，并將故障診斷和分析結果傳輸給觸摸屏顯示。分形盒維數方法的利用具體包括:構建含有隨機信號的等效理論示功圖，運用分形盒維數方法對構建的理論示功圖求取分形盒維數，在利用分形盒維數對理論示功圖的特征進行提取時，將測得的理論示功圖作為二維圖像進行分析與處理，并與典型故障的分形區間進行特征匹配，得到不同工作狀況下分形盒維數的變化范圍。本實施例以得到的分形盒維數分布作為判據，最后通過對等效理論示功圖進行快速自動識別和診斷，以實現判斷當前設備工作狀況的功能。如果抽油設備工作狀態出現異常則自動對故障進行評價，以便井上值班人員針對不同故障及時采取處理和防范措施觸摸屏可以顯示設備運行中的液壓流量電流振動溫度等信號變化趨勢，數據管理系統可以隨時調取查看所監測設備運行的歷史數據，方便現場工作人員及時了解抽油機的歷史工作狀況。
[0043]此外，所述機箱內還包括無線收發模塊，其連接主板，用于無線發送水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果。
[0044]本實施例中，所述電源，其用于向所述主板供電，其連接有穩壓模塊，并通過所述穩壓模塊向所述主板供電；所述磁盤陣列，其用于存儲水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果；所述觸摸屏，其用于顯示水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果。
[0045]本實施例中，機箱內元件布局合理，各個模塊無相互干擾，主板和數據采集卡緊貼機箱底部，保證散熱良好，電源和穩壓模塊遠離數據采集卡，且元件之間采用屏蔽線傳遞數據，減少電磁波影響。
[0046]對應地，如圖2所示，本實施例還給出了一種水基動力無桿抽油機的測試方法，包括:
[0047]步驟I，采集水基動力無桿抽油機的運行數據；
[0048]步驟2，通過分形盒維數方法對采集的水基動力無桿抽油機的運行數據進行故障診斷和分析；
[0049]步驟3，存儲并顯示水基動力無桿抽油機的運行數據以及得到的故障診斷和分析結果。
[0050]其中，所述步驟2具體包括:
[0051]步驟21，構建含有隨機信號的等效理論示功圖，運用分形盒維數方法對構建的理論示功圖求取分形盒維數；
[0052]步驟22，在利用分形盒維數對理論示功圖的特征進行提取時，將測得的理論示功圖作為二維圖像進行分析與處理，并與典型故障的分形區間進行特征匹配，得到不同工作狀況下分形盒維數的變化范圍。
[0053]本實施例將數據米集卡和信號處理模塊(主板)集成在一個機箱內，并在機箱外部設計相應的接口，使該測試裝置方便攜帶，能在不同井口進行檢測。本實施例選用研華PCM-9362型嵌入式主板，配合使用Atom(凌動)N2600雙核CPU，此配置下可適用于較惡劣的環境，能滿足寬溫抗噪要求，且與數據采集卡之間用USB總線連接，其通訊協議簡單，雙向通信實時性好。采用MP426多通道數據采集卡用于采集數據，，并同時采用兩路同步采集卡進行信號的同時采集，采集卡接線板和數據采集卡共同來完成數據的采集工作。整個測試裝置的物理架構圖如圖3所示，整個裝置的信號處理流程則如圖4所示。傳感器組將信號傳給功率放大器，功率放大器再傳遞給數據采集卡，數據采集卡通過數據總線將無桿抽油機各部位的信號參數傳達給主板，主板通過預先編制的處理算法對于這些數據將進行故障診斷，并將故障診斷和分析結果顯示在觸摸屏上。
[0054]所述主板的內置功能模塊的框架圖如圖5所示，其主要功能就是把現場采集的數據進行分析，并在現場即時顯示設備運行的電流、壓力、流量、振動以及溫度等信號等。所述主板主要包括屬性設置模塊、波形顯示模塊、數據存儲模塊和數據分析模塊，所述屬性設置模塊的功能是錄入現場的井位信息、采樣信息、通道信息以及文件保存的路徑等信息；所述波形顯示模塊的功能是即時顯示各通道的數據波形以及當前顯示波形的采樣信息井位信息等；所述數據存儲模塊的功能是保存一定時間段內的數據，時間區段設定為100s，并可以顯示實時信號的頻譜；所述數據分析模塊采用了時域分析、頻域分析、幅域分析等多種分析方法，并結合三維譜陣圖和關聯維數等理論進行故障診斷。此外，還有數據管理模塊，其可以調取并顯示主板中保存的無桿抽油機歷史狀態數據，方便現場人員查看比對，有利于更快速準確的確定現場設備的運行狀態。所述主板的各個功能以界面形式顯示在觸摸屏上，通過在觸摸屏上選擇相應功能，即可進行水基動力無桿抽油機的測試診斷。
[0055]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種水基動力無桿抽油機的測試裝置，其特征在于，包括機箱和安裝在機箱內且緊貼機箱底部的數據采集卡、主板、電源和磁盤陣列，還包括安裝在機箱外表面的觸摸屏； 所述數據采集卡，其用于采集水基動力無桿抽油機的運行數據，并將采集的運行數據傳輸給所述主板； 所述主板，其用于通過分形盒維數方法對接收的水基動力無桿抽油機的運行數據進行故障診斷和分析，并將故障診斷和分析結果傳輸給觸摸屏顯示； 所述電源，其用于向所述主板供電； 所述磁盤陣列，其用于存儲水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果； 所述觸摸屏，其用于顯示水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果。
2.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述機箱內還安裝有觸摸屏控制板，用于控制所述觸摸屏進行數據顯示。
3.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述機箱為可開蓋結構。
4.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述數據采集卡為12通道的16位同步采集卡。
5.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述數據采集卡連接有安裝在所述機箱內的采集卡接線板，所述采集卡接線板連接安裝在機箱外，且用于采集水基動力無桿抽油機的運行數據的傳感器組，所述采集卡接線板用于將通過傳感器組獲得的水基動力無桿抽油機的運行數據傳輸給所述數據采集卡。
6.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述主板包括屬性設置模塊、波形顯示模塊、數據存儲模塊、數據分析模塊和數據管理模塊； 所述屬性設置模塊，其用于錄入現場的井位信息、采樣信息、通道信息以及文件保存的路徑； 所述波形顯示模塊，其用于即時顯示各通道的數據波形以及當前顯示波形的采樣信息井位信息； 所述數據存儲模塊，其用于保存設定時間段內的數據，并顯示實時信號的頻譜； 所述數據分析模塊，其用于設定數據分析方法進行故障診斷； 所述數據管理模塊，其用于調取并顯示主板中保存的水基動力無桿抽油機的歷史狀態數據。
7.根據權利要求1至6中任一所述的測試裝置，其特征在于，所述機箱內還包括無線收發模塊，其連接主板，用于無線發送水基動力無桿抽油機的運行數據以及所述主板輸出的故障診斷和分析結果。
8.根據權利要求1至7中任一所述的測試裝置，其特征在于，所述機箱內各模塊之間通過屏蔽線連接。
9.一種水基動力無桿抽油機的測試方法，其特征在于，包括: 步驟I，采集水基動力無桿抽油機的運行數據； 步驟2，通過分形盒維數方法對采集的水基動力無桿抽油機的運行數據進行故障診斷和分析； 步驟3，存儲并顯示水基動力無桿抽油機的運行數據以及得到的故障診斷和分析結果。
10.根據權利要求9所述的測試方法，其特征在于，所述步驟2具體包括: 步驟21，構建含有隨機信號的等效理論示功圖，運用分形盒維數方法對構建的理論示功圖求取分形盒維數； 步驟22，在利用分形盒維數對理論示功圖的特征進行提取時，將測得的理論示功圖作為二維圖像進行分析與處理，并與典型故障的分形區間進行特征匹配，得到不同工作狀況下分形盒維數的變化范圍。
【文檔編號】G01D21/02GK104296805SQ201410498580
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】智玉杰, 朱春梅, 習進路, 馬超, 王朝霞, 胡靜, 車青海 申請人:北京迪威爾石油天然氣技術開發有限公司
專業數控銑床產品供應商
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