一种水基动力无杆抽油机的测试装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种水基动力无杆抽油机的测试装置及方法，所述装置包括机箱和安装在机箱内且紧贴机箱底部的数据采集卡、主板、电源、磁盘阵列及安装在机箱外表面的触摸屏；数据采集卡用于采集水基动力无杆抽油机的运行数据，并将采集的运行数据传输给主板；主板用于通过分形盒维数方法对接收的水基动力无杆抽油机的运行数据进行故障诊断和分析；磁盘阵列用于存储水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果；触摸屏用于显示水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果。本发明对水基动力无杆抽油机进行状态监测与故障诊断，有利于发展石油产业的安全生产工作。
【专利说明】一种水基动力无杆抽油机的测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液压无杆采油【技术领域】，特别是涉及一种水基动力无杆抽油机的测试装置及方法。
【背景技术】
[0002]液压无杆采油技术是近几年发展起来的一项新技术。水基动力无杆抽油机主要由地面液力驱动系统、井下液力抽油系统、动力传输系统三部分组成，其工作过程是由地面液力驱动系统驱动井下液力抽油泵液动机构运动，实现抽油工作过程。目前，对游梁式抽油机设备的状态监测与诊断在我国油田应用的较为普遍，而水基动力无杆抽油机作为一种近年发展起来的新型抽油设备，对其的状态监测与故障诊断则较少涉及。但是，随着我国经济的发展，安全生产工作在石油产业的持续发展中日益重要，对于水基动力无杆抽油系统的状态监测与故障诊断也就越来越重要。因此，本发明提出了一种水基动力无杆抽油系统的测试装置及方法。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种水基动力无杆抽油系统的测试装置及方法，用于解决水基动力无杆抽油机的状态监测与诊断问题。
[0004]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种水基动力无杆抽油机的测试装置，包括机箱和安装在机箱内且紧贴机箱底部的数据采集卡、主板、电源和磁盘阵列，还包括安装在机箱外表面的触摸屏；
[0005]所述数据采集卡，其用于采集水基动力无杆抽油机的运行数据，并将采集的运行数据传输给所述主板；
[0006]所述主板，其用于通过分形盒维数方法对接收的水基动力无杆抽油机的运行数据进行故障诊断和分析，并将故障诊断和分析结果传输给触摸屏显示；
[0007]所述电源，其用于向所述主板供电；
[0008]所述磁盘阵列，其用于存储水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果；
[0009]所述触摸屏，其用于显示水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果。
[0010]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0011]进一步，所述机箱内还安装有触摸屏控制板，用于控制所述触摸屏进行数据显示。
[0012]进一步，所述机箱为可开盖结构。
[0013]进一步，所述数据采集卡为12通道的16位同步采集卡。
[0014]进一步，所述数据采集卡连接有安装在所述机箱内的采集卡接线板，所述采集卡接线板连接安装在机箱外，且用于采集水基动力无杆抽油机的运行数据的传感器组，所述采集卡接线板用于将通过传感器组获得的水基动力无杆抽油机的运行数据传输给所述数据采集卡。
[0015]进一步，所述主板包括属性设置模块、波形显示模块、数据存储模块、数据分析模块和数据管理模块；
[0016]所述属性设置模块，其用于录入现场的井位信息、采样信息、通道信息以及文件保存的路径；
[0017]所述波形显示模块，其用于即时显示各通道的数据波形以及当前显示波形的采样信息井位信息；
[0018]所述数据存储模块，其用于保存设定时间段内的数据，并显示实时信号的频谱；
[0019]所述数据分析模块，其用于设定数据分析方法进行故障诊断；
[0020]所述数据管理模块，其用于调取并显示主板中保存的水基动力无杆抽油机的历史状态数据。
[0021]进一步，所述机箱内还包括无线收发模块，其连接主板，用于无线发送水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果。
[0022]进一步，所述机箱内各模块之间通过屏蔽线连接。
[0023]本发明的技术方案还包括一种水基动力无杆抽油机的测试方法，包括:
[0024]步骤I，采集水基动力无杆抽油机的运行数据；
[0025]步骤2，通过分形盒维数方法对采集的水基动力无杆抽油机的运行数据进行故障诊断和分析；
[0026]步骤3，存储并显示水基动力无杆抽油机的运行数据以及得到的故障诊断和分析结果。
[0027]进一步，所述步骤2具体包括:
[0028]步骤21，构建含有随机信号的等效理论示功图，运用分形盒维数方法对构建的理论示功图求取分形盒维数；
[0029]步骤22，在利用分形盒维数对理论示功图的特征进行提取时，将测得的理论示功图作为二维图像进行分析与处理，并与典型故障的分形区间进行特征匹配，得到不同工作状况下分形盒维数的变化范围。
[0030]本发明的有益效果是:本发明对水基动力无杆抽油机进行状态监测与故障诊断，有利于发展石油产业的安全生产工作。此外，本发明的测试装置将各功能模块集成到一个机箱内，便于携带和现场测试。同时，采用了触摸屏设计，便于工作人员进行操作和获取数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明所述水基动力无杆抽油机的测试装置的结构示意图；
[0032]图2为本发明所述水基动力无杆抽油机的测试方法的流程示意图；
[0033]图3为本发明实施例中测试装置的物理架构图；
[0034]图4为本发明实施例中测试装置的信号处理流程图；
[0035]图5为本发明实施例中测试装置的主板内置功能模块的物理架构图。
[0036]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0037]1、机箱，2、数据采集卡，3、主板，4、电源，5、磁盘阵列，6、触摸屏，7、触摸屏控制板，8、采集卡接线板，9、传感器组。
【具体实施方式】
[0038]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0039]如图1所示，本实施例给出了一种水基动力无杆抽油机的测试装置，包括机箱I和安装在机箱内且紧贴机箱底部的数据采集卡2、主板3、电源4和磁盘阵列5，还包括安装在机箱外表面的触摸屏6，且所述机箱内还安装有触摸屏控制板7，用于控制所述触摸屏进行数据显示。需注意的是，图1中为了示意触摸屏与机箱内部件的连接关系，将触摸屏外在机箱外部，实质上触摸屏是安装在机箱外表面上的。
[0040]所述机箱I为整体可开盖结构的铁质机箱，散热性良好，强度良好。
[0041]所述数据采集卡2，其用于采集水基动力无杆抽油机的运行数据，并将采集的运行数据传输给所述主板3。所述数据采集卡采用12通道的16位同步采集卡，可有效保证采集信号的时间同步性和数据精度，且数据采集卡连接有安装在所述机箱内的采集卡接线板8，所述采集卡接线板8连接安装在机箱外，且用于采集水基动力无杆抽油机的运行数据的传感器组9，所述采集卡接线板用于将通过传感器组获得的水基动力无杆抽油机的运行数据传输给所述数据采集卡。所述传感器组包括温度传感器、压力传感器、三轴振动传感器、电流传感器、超声流量计等传感器，其采集的水基动力无杆抽油机的运行数据包括电流、压力、振动、温度、流量等信号。
[0042]所述主板，其用于通过分形盒维数方法对接收的水基动力无杆抽油机的运行数据进行故障诊断和分析，并将故障诊断和分析结果传输给触摸屏显示。分形盒维数方法的利用具体包括:构建含有随机信号的等效理论示功图，运用分形盒维数方法对构建的理论示功图求取分形盒维数，在利用分形盒维数对理论示功图的特征进行提取时，将测得的理论示功图作为二维图像进行分析与处理，并与典型故障的分形区间进行特征匹配，得到不同工作状况下分形盒维数的变化范围。本实施例以得到的分形盒维数分布作为判据，最后通过对等效理论示功图进行快速自动识别和诊断，以实现判断当前设备工作状况的功能。如果抽油设备工作状态出现异常则自动对故障进行评价，以便井上值班人员针对不同故障及时采取处理和防范措施触摸屏可以显示设备运行中的液压流量电流振动温度等信号变化趋势，数据管理系统可以随时调取查看所监测设备运行的历史数据，方便现场工作人员及时了解抽油机的历史工作状况。
[0043]此外，所述机箱内还包括无线收发模块，其连接主板，用于无线发送水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果。
[0044]本实施例中，所述电源，其用于向所述主板供电，其连接有稳压模块，并通过所述稳压模块向所述主板供电；所述磁盘阵列，其用于存储水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果；所述触摸屏，其用于显示水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果。
[0045]本实施例中，机箱内元件布局合理，各个模块无相互干扰，主板和数据采集卡紧贴机箱底部，保证散热良好，电源和稳压模块远离数据采集卡，且元件之间采用屏蔽线传递数据，减少电磁波影响。
[0046]对应地，如图2所示，本实施例还给出了一种水基动力无杆抽油机的测试方法，包括:
[0047]步骤I，采集水基动力无杆抽油机的运行数据；
[0048]步骤2，通过分形盒维数方法对采集的水基动力无杆抽油机的运行数据进行故障诊断和分析；
[0049]步骤3，存储并显示水基动力无杆抽油机的运行数据以及得到的故障诊断和分析结果。
[0050]其中，所述步骤2具体包括:
[0051]步骤21，构建含有随机信号的等效理论示功图，运用分形盒维数方法对构建的理论示功图求取分形盒维数；
[0052]步骤22，在利用分形盒维数对理论示功图的特征进行提取时，将测得的理论示功图作为二维图像进行分析与处理，并与典型故障的分形区间进行特征匹配，得到不同工作状况下分形盒维数的变化范围。
[0053]本实施例将数据米集卡和信号处理模块(主板)集成在一个机箱内，并在机箱外部设计相应的接口，使该测试装置方便携带，能在不同井口进行检测。本实施例选用研华PCM-9362型嵌入式主板，配合使用Atom(凌动)N2600双核CPU，此配置下可适用于较恶劣的环境，能满足宽温抗噪要求，且与数据采集卡之间用USB总线连接，其通讯协议简单，双向通信实时性好。采用MP426多通道数据采集卡用于采集数据，，并同时采用两路同步采集卡进行信号的同时采集，采集卡接线板和数据采集卡共同来完成数据的采集工作。整个测试装置的物理架构图如图3所示，整个装置的信号处理流程则如图4所示。传感器组将信号传给功率放大器，功率放大器再传递给数据采集卡，数据采集卡通过数据总线将无杆抽油机各部位的信号参数传达给主板，主板通过预先编制的处理算法对于这些数据将进行故障诊断，并将故障诊断和分析结果显示在触摸屏上。
[0054]所述主板的内置功能模块的框架图如图5所示，其主要功能就是把现场采集的数据进行分析，并在现场即时显示设备运行的电流、压力、流量、振动以及温度等信号等。所述主板主要包括属性设置模块、波形显示模块、数据存储模块和数据分析模块，所述属性设置模块的功能是录入现场的井位信息、采样信息、通道信息以及文件保存的路径等信息；所述波形显示模块的功能是即时显示各通道的数据波形以及当前显示波形的采样信息井位信息等；所述数据存储模块的功能是保存一定时间段内的数据，时间区段设定为100s，并可以显示实时信号的频谱；所述数据分析模块采用了时域分析、频域分析、幅域分析等多种分析方法，并结合三维谱阵图和关联维数等理论进行故障诊断。此外，还有数据管理模块，其可以调取并显示主板中保存的无杆抽油机历史状态数据，方便现场人员查看比对，有利于更快速准确的确定现场设备的运行状态。所述主板的各个功能以界面形式显示在触摸屏上，通过在触摸屏上选择相应功能，即可进行水基动力无杆抽油机的测试诊断。
[0055]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种水基动力无杆抽油机的测试装置，其特征在于，包括机箱和安装在机箱内且紧贴机箱底部的数据采集卡、主板、电源和磁盘阵列，还包括安装在机箱外表面的触摸屏； 所述数据采集卡，其用于采集水基动力无杆抽油机的运行数据，并将采集的运行数据传输给所述主板； 所述主板，其用于通过分形盒维数方法对接收的水基动力无杆抽油机的运行数据进行故障诊断和分析，并将故障诊断和分析结果传输给触摸屏显示； 所述电源，其用于向所述主板供电； 所述磁盘阵列，其用于存储水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果； 所述触摸屏，其用于显示水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述机箱内还安装有触摸屏控制板，用于控制所述触摸屏进行数据显示。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述机箱为可开盖结构。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述数据采集卡为12通道的16位同步采集卡。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述数据采集卡连接有安装在所述机箱内的采集卡接线板，所述采集卡接线板连接安装在机箱外，且用于采集水基动力无杆抽油机的运行数据的传感器组，所述采集卡接线板用于将通过传感器组获得的水基动力无杆抽油机的运行数据传输给所述数据采集卡。
6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述主板包括属性设置模块、波形显示模块、数据存储模块、数据分析模块和数据管理模块； 所述属性设置模块，其用于录入现场的井位信息、采样信息、通道信息以及文件保存的路径； 所述波形显示模块，其用于即时显示各通道的数据波形以及当前显示波形的采样信息井位信息； 所述数据存储模块，其用于保存设定时间段内的数据，并显示实时信号的频谱； 所述数据分析模块，其用于设定数据分析方法进行故障诊断； 所述数据管理模块，其用于调取并显示主板中保存的水基动力无杆抽油机的历史状态数据。
7.根据权利要求1至6中任一所述的测试装置，其特征在于，所述机箱内还包括无线收发模块，其连接主板，用于无线发送水基动力无杆抽油机的运行数据以及所述主板输出的故障诊断和分析结果。
8.根据权利要求1至7中任一所述的测试装置，其特征在于，所述机箱内各模块之间通过屏蔽线连接。
9.一种水基动力无杆抽油机的测试方法，其特征在于，包括: 步骤I，采集水基动力无杆抽油机的运行数据； 步骤2，通过分形盒维数方法对采集的水基动力无杆抽油机的运行数据进行故障诊断和分析； 步骤3，存储并显示水基动力无杆抽油机的运行数据以及得到的故障诊断和分析结果。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述步骤2具体包括: 步骤21，构建含有随机信号的等效理论示功图，运用分形盒维数方法对构建的理论示功图求取分形盒维数； 步骤22，在利用分形盒维数对理论示功图的特征进行提取时，将测得的理论示功图作为二维图像进行分析与处理，并与典型故障的分形区间进行特征匹配，得到不同工作状况下分形盒维数的变化范围。
【文档编号】G01D21/02GK104296805SQ201410498580
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】智玉杰, 朱春梅, 习进路, 马超, 王朝霞, 胡静, 车青海 申请人:北京迪威尔石油天然气技术开发有限公司