基于单片机为核心的钻井泥浆测量系统设计
摘 要
钻井泥浆泵是石油钻井生产中不可缺少的主要设备之一，泥浆泵的质量对钻井生产的速度、质量和成本都有很大影响，并且随着钻井工艺的发展，其影响会越来越大。泥浆泵的液力端都是采用标准单元结构，而动力端采用曲轴十字头结构。泥浆泵主要由泵壳、叶轮、前后端盖、曲轴、十字头等零部件组成。
本文基于单片机在对泥浆泵状态监控及故障诊断、信号分析等理论研究的基础上，提出了一种振动监测的方法。监测诊断系统是指采用传感器固定安装，把信号通过现场布线引到指定的地点，采用硬件(主要是测量仪表)进行简易诊断，然后通过软件系统(主要采用便携式系统)进行精密诊断，精密诊断系统根据需要选择何时诊断以及采用在线诊断或离线诊断。这样既可以方便现场工作人员进行常规性的检查，又可以深层次的诊断设备故障的原因、部位以及严重程度，进行深入分析，作出判断。
关键词：单片机；泥浆泵；监测；故障分析；振动测试
Abstract
Drilling mud pump is one of the most important equipment in oil drilling production. The quality of mud pump has a great influence on the speed, quality and cost of drilling production, and with the development of drilling technology, the influence of mud pump will become more and more big. The hydraulic end of mud pump adopts standard unit structure, and the power end adopts crankshaft crosshead structure. Mud pump is mainly composed of pump shell, impeller, front and rear cover, crankshaft, crosshead and other components.
Based on the theory research of mud pump state monitoring, fault diagnosis and signal analysis, a vibration monitoring method is proposed in this paper. Monitoring and diagnosis system refers to the use of sensor fixed installation, the signal through the field wiring to the designated location, the use of hardware (mainly measuring instrument) for simple diagnosis, and then through the software system (mainly using portable system) for precision diagnosis, precision diagnosis system, according to the need to select when and adopted in the diagnosis and use Line diagnosis or off-line diagnosis. This can be convenient for the on-site staff to carry out routine inspection, and the deep analysis of the cause, location and severity of the fault, and make a thorough analysis and judgment.
Key words: single chip microcomputer; mud pump; monitoring; fault analysis; vibration test
目录
绪论 2
1.1 研究的目的和背景 2
1.2 泥浆泵国内外发展情况 3
1.3 泥浆泵监测系统的故障诊断现状 4
2总体方案设计 2
2.1单回路反馈控制电路基本原理 2
2.2工艺方案的拟定 2
2.2.1实验装置的工艺部分设计方案 2
2.2.2实验装置的控制部分设计方案 2
3实验装置的工艺部分设计及设备选型 3
3.1水泵的选择 3
3.2水管的选择 4
3.3水龙头的选择 5
3.4传感器的选择 5
3.5电动执行器的选择 6
3.5.1用途 6
3.5.2型号 6
3.5.3主要技术性能 6
3.5.4工作原理 7
图3-3DKJ型电动执行机构系统方块图 7
4设计计算 10
4.1水槽尺寸计算 10
4.2框架的材料选择及尺寸的确定 10
4.3电控箱的设计 11
5实验装置的控制电路设计及软件程序的设计 12
5.1选择单片机的理由 12
5.1.1单片机寿命长 12
5.1.2 8位、16位、32位单片机共同发展 12
5.1.3单片机的速度越来越快 13
5.1.4低电压与低功耗 13
5.1.5低噪声与高可靠性技术 13
5.2 CPU的选择 13
5.3键盘的选择 14
5.4显示器的选择 17
5.5 A/D转换器的选择 22
5.6 传感器与TLC2543间的放大电路设计 25
5.7 74LS138译码器 26
5.8 D/A转换器的选择 26
5.9 DAC0832的输出信号的转换与放大电路设计 28
5.10看门狗电路 29
5.11其它 30
5.12单片机控制系统的软件程序设计 31
6 结论 33
参考文献 34
绪论
1.1 研究的目的和背景
随着科学技术的迅猛发展，现代工业生产中的机械设备正朝着大型化、复杂化、高速化、自动化及大功率方向发展。由于设备中不同部分之间的相互联系、耦合程度更加紧密，一个部分出现故障，将引起整个生产流程中断，现代化的生产设备在提高生产效率的同时也大幅度的增加了设备的维修费用。设备振动监测技术是目前国内外一项发展迅速、备受欢迎的重要技术。它是安全经济运行的需要，设备的状态监测与故障诊断越来越得到重视。因而研究设备振动监测系统是很有意义的。钻机泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分，对其振动监测也极其重要。泥浆泵分单作用及双作用两种形式，单作用式在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排浆动作。而双作用式每往复一次完成两次吸排浆动作。由于泵轴与电机不同心、叶轮不平衡、轴承损坏等原因泥浆泵会发生振动，出现故障。机械设备在运行过程中的振动及其特征是反映系统状态及其变化规律的主要参数之一，因此针对钻机泥浆泵进行振动监测系统设计[1]。
结合钻机泥浆泵的结构特点和整体振动工况条件，进行泵体整体振动和噪音分析，对故障多发部位或部件进行专门研究，并对经典的故障类型进行详细的分析，最终设计建立泥浆泵模型的振动测试系统。
