专利名称：石油钻机综合数据记录仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻修设备技术领域，具体涉及一种石油钻机用的综合数据采集和存储数据记录仪。
背景技术：
目前国内外对钻机的安全监测主要还是集中在钻井工艺数据方面，但是对钻机设备运行数据的监测尚未见报道。国外有不少专业从事钻井工艺数据监测技术研究、开发、生产的公司，其中代表国际水平主要是美国的马丁(M/DT0TC0)公司、英国的瑞设(Rigserv) 公司和加拿大Datalog公司等。国内对钻井参数监测的研究是随着工程技术的需求逐步开始的。机械仪表在钻机上得到了广泛的应用，在显示钻机的工况参数和整个系统的工作状态方面起到了非常重要的作用。但是，目前这种技术却存在着不可忽视的缺点，主要表现在仪表的作用仅限于指示，显示参数具有有限性和瞬时性，无法记录工作过程中参数的变化情况。现有产品基本上都是基于钻井工艺参数的监测，很大程度上保证了在石油钻井过程中，能有效地、及时地掌握与钻井工艺相关的参数变化情况，在到某种程度上保证了安全钻井、预防工程事故、提高钻井工效，实现科学钻井的目的，但忽视了钻机在工作状态中与其相关的各个参数的变化。为了解影响钻机安全运行因素，监测参数的变化，实时掌握钻机运行状态，需要一种为石油钻机设计使用的综合数据采集和存储系统，以此对石油钻井工程的安全性、提高钻井效率起到有益的补充，同时钻机制造企业也可以参考这些采集的参数来优化钻机的设计。
实用新型内容为解决现有技术存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种实时掌握钻机运行状态，具有报警、数据存储功能，保证了钻井安全、预防工程事故、提高钻井工效的石油钻机综合数据记录仪。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案该石油钻机综合数据记录仪，具有微处理器，其特征在于所述微处理器通过信号处理模块连接有传感器，所述微处理器的还连接有CAN信号接口和RS485信号接口，微处理器输出连接安全停车模块、上位机接口、控制装置、报警装置和自检模块。所述微处理器由第1单片机、第2单片机和第3单片机构成，第1单片机和第2 单片机分别与第3单片机实现数据通讯，外接模拟量传感器的数据通过AD转换模块转换为数字量数据，和外接数字量传感器的数据一同通过光电隔离模块送入第1单片机，CAN信号通过电平变换模块、光电隔离模块、CAN协议变换模块连接第1单片机，RS485信号通过电平变换模块连接第3单片机，第2单片机连接环境温度传感器和GPS模块，并通过GPRS 模块实现数据的发射接收，第3单片机连接有存储数据的存储器和报警装置，并通过通信接口连接上位机。[0008]所述传感器包括井场环境参数传感器、工作状态极限参数传感器和车辆行驶参数传感器。所述报警装置包括光报警器、声报警器及声光混合报警器。采用上述技术方案的有益效果该石油钻机综合数据记录仪通过相应接口采集钻机上的传感器信号和CAN总线信号，经过相应的信号处理，送入单片机，单片机对数据进行处理，一方面将数据存储在存储器中，以便在需要时通过U盘读出数据，对钻机运行过程中的各种状态进行分析，另一方面对数据进行判断，如果所监测的参数超出设定的范围，发出报警信号。本数据记录仪结构遵循两个原则一是开放性原则，充分考虑系统功能扩展的可能性。二是模块化思想，即根据要求将整体划分为相对独立的模块。依据结构化程序设计思想，本数据记录仪划分为数据采集部分，报警模块，存储模块。数据采集部分和存储模块是系统最为基础的部分，负责采集钻机工作过程中的各种状态参数，进行数据存储及判断处理。报警装置在接收到处理器的指令后，进行相应的报警，主要包括光报警、声报警及声光混合报警。传感器信号来源于井场环境参数、工作状态极限参数、车辆行驶参数，工作状态的极限参数用信号分配器来获取。这些传感器信号经过必要的信号处理后，送入单片机中作进一步的处理。来自发动机的参数的CAN总线信号直接通过收发器读取数据。单片机把采集到的数据经过处理后存储到扩展的存储器中，在需要了解钻机的工作状态时，可以通过装置的U盘接口把数据信息以文本的形式拷入U盘中或直接与PC机连接。同时，如果参数超过限定值，则进行相应的报警。
以下结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的结构示意图。图2为结构框图。
具体实施方式
如
图1、2所示的石油钻机综合数据记录仪，具有微处理器，所述微处理器通过信号处理模块连接传感器、CAN总线和RS-485总线，微处理器输出连接安全停车模块、上位机接口、控制装置、报警装置和自检模块。所述微处理器采用带通讯功能的宽温芯片，数据采集和处理不少于4个通道，由第1单片机、第2单片机和第3单片机构成，第1单片机和第2单片机分别与第3单片机实现数据通讯，微处理器采集的数据按照接口不同分成五部分，即模拟量接口、数字量接口、CAN总线接口、RS-485总线接口和串行接口。通过模拟量接口采集的数据主要有海拔高度、转向压力、刹车气压、变矩器油温、变矩器油压、电瓶电压、环境温度，共七路，通过传感器测得的模拟数据通过AD转换模块和光电隔离模块送入第1单片机。通过数字量接口采集的数据主要有风速、车速，共二路。通过传感器测得的数字量数据通过所述光电隔离模块送入第1单片机，通过CAN总线接口采集的数据主要是发动机的各种参数，每个发动机各四路。由CAN信号通过电平变换模块、光电隔离模块、CAN协议变换模块连接第1单片机。通过RS-485总线接口采集的数据主要是钻井仪表的各种参数，共九路，由RS485信号通过电平变换模块连接第3单片机，所述第2单片机连接环境温度传感器，第2单片机通过串行接口传输的数据主要是GPS、GPRS模块接口，共两路，由GPS模块能够实现全球化的定位及查询功能，GPRS模块实现数据的发射接收。第3单片机连接有存储数据的存储器和报警装置，具有存储功能，能够存储大约1-2年的数据，所述报警装置包括光报警器、声报警器及声光混合报警器，具有数据超限报警功能。第3单片机具有与电脑的通信接口，可实时将数据传输到电脑，在配套软件中显示各个参数。所述传感器包括井场环境参数传感器、 工作状态极限参数传感器和车辆行驶参数传感器。采集的主要数据包括如下几类1)环境参数环境温度、海拔高度、风速、地理位置(GPS定位);2)车辆自身参数转向压力、刹车气压、变矩器油温、变矩器油压、车速、电瓶电压；3)发动机参数转速、功率、水温、机油温度； 4)钻井仪参数大钩载荷、大钩速度、大钩高度、转盘转速、转盘扭矩、立管压力、泥浆流量、 泵冲1、泵冲2。单片机中安装有应用程序，通过采集的数据和设定值比较，实现临界值的事件记录和超限值的数据记录，及GPS定位查询，并能通过与上位机的通讯，实现数据的实时查询。针对不同类型的钻机参数，应用软件应有其通用性。
权利要求1.一种石油钻机综合数据记录仪，具有微处理器，其特征在于所述微处理器通过信号处理模块连接有传感器，所述微处理器的还连接有CAN信号接口和RS485信号接口，微处理器输出连接安全停车模块、上位机接口、控制装置、报警装置和自检模块。
2.根据权利要求1所述的石油钻机综合数据记录仪，其特征在于所述微处理器由第 1单片机、第2单片机和第3单片机构成，第1单片机和第2单片机分别与第3单片机实现数据通讯，外接模拟量传感器的数据通过AD转换模块转换为数字量数据，和外接数字量传感器的数据一同通过光电隔离模块送入第1单片机，CAN信号通过电平变换模块、光电隔离模块、CAN协议变换模块连接第1单片机，RS485信号通过电平变换模块连接第3单片机，第2单片机连接环境温度传感器和GPS模块，并通过GPRS模块实现数据的发射接收，第 3单片机连接有存储数据的存储器和报警装置，并通过通信接口连接上位机。
3.根据权利要求1所述的石油钻机综合数据记录仪，其特征在于所述传感器包括井场环境参数传感器、工作状态极限参数传感器和车辆行驶参数传感器。
4.根据权利要求1所述的石油钻机综合数据记录仪，其特征在于所述报警装置包括光报警器、声报警器及声光混合报警器。
专利摘要一种石油钻机综合数据记录仪，具有微处理器，其中所述微处理器通过信号处理模块连接有传感器，所述微处理器的还连接有CAN信号接口和RS485信号接口，微处理器输出连接安全停车模块、上位机接口、控制装置、报警装置和自检模块。与现有技术相比，实时掌握钻机运行状态，具有报警、数据存储功能，保证了钻井安全、预防工程事故，提高了钻井工效。
文档编号E21B44/00GK202187756SQ20112024249
公开日2012年4月11日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者孙韵雅, 涂学洋, 王毅, 闫伟, 高加索, 齐然 申请人:南阳二机石油装备(集团)有限公司