一种基于单片机控制的原油管道防堵装置的制作方法

本发明涉及管道除垢领域，具体的涉及一种基于单片机控制的原油管道防堵装置。

背景技术：

油田在开采时，蜡从油中分离淀析出来，蜡不断的沉积便导致堵塞产油层、油井及输油管道，使产量下降，甚至造成停产给生产带来很大的麻烦。油井结蜡是影响油井高产稳产的突出问题之一，寻求合理的方法来解决油气生产中遇到的问题成为油田开采中急需解决的问题。

随着电磁感应加热技术的不断发展，人们发现电磁场可以改变很多分子的微观结构，于是用电磁感应加热的防蜡仪不断的涌现。但是由于结蜡成分的复杂性，尽管电磁防蜡的多种机理，但至今还没有统一的研究定论，唯一的方法是根据不同油田的不同情况，采用不同功率，不同扫频范围的电磁防蜡仪，这无疑增加了用户经济负担和仪器的维护难度。

在授权公告号为cn1032144076b的专利中公开了一种基于单片机的电磁防蜡装置，其包括电源装置及磁热转换装置，电源装置包括单片机、功率放大电路、电流检测电路、过压、过热检测等电路，其中功率放大电路、电流检测电路、过压、过热检测电路、扫频频段设置电路、pwm信号输出电路分别和单片机相连接；扫频频段设置电路和pwm信号输出电路相连接，输出电路连接到单片机的i/o口；直流电源分别和单片机、功率放大、电流检测、过压、过热检测电路、扫频频段设置电路、pwm信号输出电路相连接。该装置能解决电磁防蜡仪不能用于各种油田的情况，用户可根据不同油田情况自行设定防蜡装置的不同扫描频段，以达到有效防蜡目的。但其需要人为选定相应级别波段的作用pwm信号，需要另行确定适宜的级别波段pwm信号，应用较为不便。

在授权公告号为cn103230910b的专利中公开了一种基于dspic单片机的变频防垢仪，其包括mcu控制器、功率放大模块、负载线圈和水质检测模块；所述mcu控制器采用了dspic30f4012单片机，所述水质检测模块包括扫频频段设定模块或钙镁离子浓度检测模块，所述扫频频段设定模块的输出端与所述dspic30f4012单片机的io口相连，所述钙镁离子浓度检测模块与所述dspic30f4012单片机的io口相连；所述dspic30f4012单片机的pwm信号输出端驱动功率放大模块与负载线圈相连。该变频防垢仪解决电磁防垢仪不能运用于多种水质的情况，根据不同水质，用户可自行设定仪器的不同扫描频段，从而达到有效除垢的目的。该装置还可通过颜色传感器检测待处理水体的颜色，以判断水中钙镁离子的浓度范围，从而选定相应级别波段的作用pwm信号，实现dspic30f4012单片机上输出pwm信号输出级别波段的自动匹配。但其应用时，需要给颜色传感器设定两个界限值(界限值的数量仅比pwm信号波段的级别数量少一个)，还需要预先录入水中钙镁离子的浓度范围及与其一一对应的适宜采用的级别波段pwm信号数据库，对于检测数据的分析对比较为繁琐，应用较为不便；同时接近于界限值对应的颜色较难区分，易出现误差，若将pwm信号的波段分成更多级别，则需增设界限值，对于检测数据的分析对比更为繁琐，接近于界限值对应的颜色更难区分，出现误差的可能性也会增大。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于单片机控制的原油管道防堵装置，其可根据不同的待处理液体的情况选择不同级别波段的pwm信号，可实现dspic30f4012单片机上输出pwm信号输出级别波段的自动匹配，且只需设定一个标准值，不易出现误差，应用方便。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种基于单片机控制的原油管道防堵装置，包括电磁防垢仪、连接于电磁防垢仪输入端的进液管以及连接于电磁防垢仪输出端的排液管，所述电磁防垢仪上设有mcu控制器、功率放大模块及与功率放大模块的输出端相连的负载线圈，所述mcu控制器采用dspic30f4012单片机，所述dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端与功率放大模块的输入端相连，且dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出的信号分为低波段-hz、中波段-hz及高波段-hz三级；

所述进液管上并联有取样管，所述电磁防垢仪的输出端通过通液管连接有液体质量检测模块，所述排液管连接于液体质量检测模块的输出端，所述排液管一侧连接有连接到进液管与取样管并联部分上的回流管，所述取样管上设有第一开关组件，所述进液管上连接取样管输入端的位置和连接回流管输出端的位置之间的部分设有单向阀，且回流管的输出端设有另一个单向阀，所述进液管上连接回流管输出端的位置和连接取样管输出端的位置之间的部分设有第二开关阀，所述回流管上设有第三开关组件，所述排液管上连接回流管输入端的位置和排液管的输出端之间的部分设有第四开关阀，所述液体质量检测模块的输出端与dspic30f4012单片机的i/o口相连；

所述dspic30f4012单片机上载有自动匹配pwm信号输出端输出相应级别信号的程序，具体为：初始状态下，所述dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出低波段信号；所述液体质量检测模块用于检测经过电磁防垢仪处理后的液体的质量，所述dspic30f4012单片机根据液体质量检测模块的检测数据分析被检测液体中杂质的含量，并判定被检测液体是否达到处理标准，然后控制pwm信号输出端输出相应的信号，若被检测液体达到了处理标准，则dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端保持输出当前波段的信号，并结束本程序；若被检测液体未达到处理标准，则dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出比当前波段高一级的信号，至pwm信号输出端输出高波段信号即结束程序。

进一步地，所述液体质量检测模块包括液体密度传感器，其用于检测经过电磁防垢仪处理后的液体的密度，给液体密度传感器设定的标准值为所含杂质不易形成污垢的该液体的密度。应用中，若液体密度传感器检测的数值未达到设定的标准，则说明电磁防垢仪未对相应液体进行足够的处理，即电磁防垢仪的电磁场作用较弱，功率放大模块接收的信号的波段较低，需要dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出高一级别的波段信号；若液体密度传感器检测的数值已达到设定的标准，则说明电磁防垢仪已对相应液体进行足够的处理，即电磁防垢仪的电磁场作用达到要求，dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端可保持当前级别的波段信号，满足设计需求。

进一步地，所述电磁防垢仪上设有与dspic30f4012单片机的输入端相连的扫频频段设定模块，所述扫频频段设定模块采用档位分别对应低波段-hz、中波段-hz及高波段-hz的三档波段开关。通过三档波段开关可人为选定spicf单片机上的pwm信号输出端输出信号的级别，适用于已知的适宜对待处理液体进行电磁处理的相应级别的pwm信号的情况。

作为上述方案的一种实施方式，所述第一开关组件、第二开关阀、第三开关组件及第四开关阀均为电磁阀，所述第一开关组件的控制电路中连接有时间继电器。电磁阀可电控，从而能满足实施上述程序实现自动化的要求；时间继电器可控制第一开关组件开启的时间，从而可控制一次注入电磁防垢仪的液体的量，便于应用。

作为上述方案的另一种实施方式，所述第一开关组件包括连接于上的第一推注筒、设于第一推注筒内部的第一活塞、驱动第一活塞在第一推注筒内伸缩移动的第一驱动机构以及分别设于第一推注筒两侧并连接在取样管上的单向阀，所述第一活塞的下端设有周侧均与第一推注筒内侧壁贴合的活塞头，位于所述第一推注筒两侧的取样管分段均连通于第一推注筒的内底部，所述第二开关阀、第三开关组件及第四开关阀均为电磁阀。通过第一驱动机构可驱动第一活塞在第一推注筒内伸缩移动，可实现向第一推注筒内抽入待处理液体，并将该部分待处理液体导向电磁防垢仪，且在第一活塞伸出第一推注筒的过程中抽吸的液体能够在第一活塞缩回第一推注筒内的过程中完全排出，则通过控制第一活塞的移动行程就能控制一次注入电磁防垢仪的液体的量，应用较为方便。

作为对上述方案的优化，所述第三开关组件包括连接于回流管上的第二推注筒、设于第二推注筒内部的第二活塞、驱动第二活塞在第二推注筒内伸缩移动的第二驱动机构以及设于第二推注筒与回流管的输入端之间的回流管上的单向阀，所述第二活塞的下端设有周侧均与第二推注筒内侧壁贴合的活塞头，位于所述第二推注筒两侧的回流管分段均连通于第二推注筒的内底部，所述第二驱动机构与第一驱动机构之间连接有联动组件。这样设置，使得第一驱动机构在开启第一开关组件向电磁防垢仪内注入待处理液体的同时，可带动第二驱动机构开启第三开关组件将液体质量检测模块检测后未达标的液体抽入回流管并导向进液管，从而有利于快速清空液体质量检测模块备用。

具体地，所述第一驱动机构包括铰接于第一活塞上端的第一连接摆杆、铰接于第一连接摆杆上端的第一转盘、连接于第一转盘中心处的第一驱动轴，所述第一转盘竖直设置，且所述第一连接摆杆的上端铰接于第一转盘的偏心处，当第一连接摆杆的上端位于第一转盘的底部时，所述第一活塞的底面贴附在第一推注筒的内底面上；所述第二驱动机构包括铰接于第二活塞上端的第二连接摆杆、铰接于第二连接摆杆上端的第二转盘、连接于第二转盘中心处的第二驱动轴，所述第二转盘竖直设置，且所述第二连接摆杆的上端铰接于第二转盘的偏心处，当第二连接摆杆的上端位于第二转盘的底部时，所述第二活塞的底面贴附在第二推注筒的内底面上，所述第一驱动轴的另一端连接有转动电机，且第一驱动轴与第二驱动轴之间通过带传动结构连接。转动电机可直接带动第一驱动轴转动，第一转盘随之转动，并通过第一连接摆杆带动第一活塞在第一推注筒内伸缩移动，且第一转盘转动一圈，第一活塞在第一推注筒内进行一次伸出和缩回动作；同时第一驱动轴通过带传动结构带动第二驱动轴转动，第二转盘随之转动，并通过第二连接摆杆带动第二活塞在第二推注筒内伸缩移动，且第二转盘转动一圈，第二活塞在第二推注筒内进行一次伸出和缩回动作，满足设计需求，且通过控制转动电机的输出轴的转动圈数，就可控制一次注入电磁防垢仪的液体的量，应用较为方便。

3.有益效果

(1)本发明的mcu控制器采用dspic30f4012单片机，dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端与功率放大模块的输入端相连，且dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出的信号分为低波段-hz、中波段-hz及高波段-hz三级，即采用扫频分频段方式，可根据待处理液体的不同情况选择不同级别波段pwm信号驱动电磁防垢仪，使得仪器处理效果更佳明显，通用性更加广泛。

(2)本发明在电磁防垢仪的输入端连接有取样管，电磁防垢仪的输出端连接有液体质量检测模块，应用时，使dspic30f4012单片机输出pwm信号的波段级别由低至高依次变化，每次都由取样管向电磁防垢仪中导入部分待处理的液体，处理后通入液体质量检测模块进行检测，若检测数值不达标，则提升pwm信号波段的级别，直至检测数据达标，则保持pwm信号波段的级别对待处理的液体进行处理，其可实现dspic30f4012单片机上输出pwm信号输出级别波段的自动匹配，应用较为方便。

(3)本发明需要预先给液体质量检测模块设定一个标准值(在该标准值下的液体内所含杂质不易形成结垢层)，每次对取样处理后液体的检测数据只需与该标准值比较即可，若将pwm信号的波段分成更多级别，只增加取样及检测的次数，对检测数据的分析对比较为简便，且不易出现误差，应用方便。

综上，本发明可根据不同的待处理液体的情况选择不同级别波段的pwm信号，可实现dspic30f4012单片机上输出pwm信号输出级别波段的自动匹配，且只需设定一个标准值，不易出现误差，应用方便。

附图说明

图1为本发明在实施例1中的结构示意图；

图2为本发明的控制原理的示意图；

图3为本发明在实施例2中的结构示意图；

图4为第一开关组件2在实施例2中的结构放大示意图；

图5为本发明在实施例3中的结构示意图。

附图标记：1、取样管；2、第一开关组件；3、第二开关阀；4、电磁防垢仪；5、通液管；6、液体质量检测模块；7、排液管；8、第四开关发；9、第三开关组件；10、回流管；11、单向阀；12、进液管；13、第一推注筒；14、第一活塞；15、第一连接摆杆；16、第一驱动轴；17、第一转盘；18、第二推注筒；19、第二活塞；20、第二连接摆杆；21、第二转盘；22、第二驱动轴；23、带传动结构；41、mcu控制器；42、功率放大模块；43、负载线圈；44、扫频频段设定模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示的一种基于单片机控制的原油管道防堵装置，包括电磁防垢仪4、连接于电磁防垢仪4输入端的进液管12以及连接于电磁防垢仪4输出端的排液管7，如图2所示，所述电磁防垢仪4上设有mcu控制器41、功率放大模块42及与功率放大模块42的输出端相连的负载线圈43，所述mcu控制器41采用dspic30f4012单片机，所述dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端与功率放大模块42的输入端相连，且dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出的信号分为低波段500-5000hz、中波段5000-20000hz及高波段20000-35000hz三级；

如图1所示，所述进液管12上并联有取样管1，所述电磁防垢仪4的输出端通过通液管5连接有液体质量检测模块6，所述排液管7连接于液体质量检测模块6的输出端，所述排液管7一侧连接有连接到进液管12与取样管1并联部分上的回流管10，所述取样管1上设有第一开关组件2，所述进液管12上连接取样管1输入端的位置和连接回流管10输出端的位置之间的部分设有单向阀11，且回流管10的输出端设有另一个单向阀11，所述进液管12上连接回流管10输出端的位置和连接取样管1输出端的位置之间的部分设有第二开关阀3，所述回流管10上设有第三开关组件9，所述排液管7上连接回流管10输入端的位置和排液管7的输出端之间的部分设有第四开关阀8，所述液体质量检测模块6的输出端与dspic30f4012单片机的i/o口相连；

所述dspic30f4012单片机上载有自动匹配pwm信号输出端输出相应级别信号的程序，具体为：初始状态下，所述dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出低波段信号；所述液体质量检测模块6用于检测经过电磁防垢仪4处理后的液体的质量，所述dspic30f4012单片机根据液体质量检测模块6的检测数据分析被检测液体中杂质的含量，并判定被检测液体是否达到处理标准，然后控制pwm信号输出端输出相应的信号，若被检测液体达到了处理标准，则dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端保持输出当前波段的信号，并结束本程序；若被检测液体未达到处理标准，则dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出比当前波段高一级的信号，至pwm信号输出端输出高波段信号即结束程序。

在本实施例中，所述液体质量检测模块6包括液体密度传感器，其用于检测经过电磁防垢仪4处理后的液体的密度，给液体密度传感器设定的标准值为所含杂质不易形成污垢的该液体的密度。应用中，若液体密度传感器检测的数值未达到设定的标准，则说明电磁防垢仪未对相应液体进行足够的处理，即电磁防垢仪的电磁场作用较弱，功率放大模块接收的信号的波段较低，需要dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出高一级别的波段信号；若液体密度传感器检测的数值已达到设定的标准，则说明电磁防垢仪已对相应液体进行足够的处理，即电磁防垢仪的电磁场作用达到要求，dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端可保持当前级别的波段信号，满足设计需求。

在本实施例中，如图1所示，所述第一开关组件2、第二开关阀3、第三开关组件9及第四开关阀8均为电磁阀，所述第一开关组件2的控制电路中连接有时间继电器。电磁阀可电控，从而能满足实施上述程序实现自动化的要求；时间继电器可控制第一开关组件2开启的时间，从而可控制一次注入电磁防垢仪4的液体的量，便于应用。

上述基于单片机控制的原油管道防堵装置的具体作用过程为：

s1、将进液管12的输入端连接原油输送管道，打开第一开关组件2，通过取样管1向电磁防垢仪4中通入部分原油后关闭第一开关组件2，一开始，dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出低波段信号，经功率放大模块42放大pwm信号后传输给负载线圈43，启动电磁防垢仪4对其内部的原油进行电磁除垢处理；

s2、在电磁防垢仪4中处理后的原油通过通液管5进入液体质量检测模块6中，液体质量检测模块6检测该处理后的原油的密度，若检测数值达到了预先设定的标准(此标准为所含杂质不易形成污垢的原油的密度)，则打开第二开关阀3和第四开关阀8，原油从进液管12进入电磁防垢仪4，电磁防垢仪4保持在低波段的pwm信号驱动下工作，开始对原油进行处理，经电磁防垢仪4处理后的原油从排液管7排出(处理后的原油虽然通过液体质量检测模块6，但液体质量检测模块6不启动不再对原油进行检测)，即完成对dspic30f4012单片机上pwm信号输出端输出相应级别信号的自动匹配；若检测数值未达到预先设定的标准，则控制dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出中波段信号，并继续进行下一步骤；

s3、打开第三开关组件9将处理后但未达标的原油通过回流管10送回到进液管12上位于单向阀11和第二开关阀3之间的部分，并打开第一开关组件2，再次通过取样管1向电磁防垢仪4中通入部分原油后关闭第一开关组件2，电磁防垢仪4在中波段的电磁频率驱动下对其内部的原油进行电磁除垢处理；

s4、在电磁防垢仪4中处理后的液体通过通液管5进入液体质量检测模块6中，液体质量检测模块6检测该处理后的原油的密度，若检测数值达到了预先设定的标准，则打开第二开关阀3和第四开关阀8，原油从进液管12进入电磁防垢仪4，电磁防垢仪4保持在中波段的pwm信号驱动下工作，开始对原油进行处理，经电磁防垢仪4处理后的原油从排液管7排出(处理后的原油虽然通过液体质量检测模块6，但液体质量检测模块6不启动不再对原油进行检测)，即完成对dspic30f4012单片机上pwm信号输出端输出相应级别信号的自动匹配；若检测数值未达到预先设定的标准，则控制dspic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出高波段信号，并继续进行下一步骤；

s5、打开第三开关组件9将处理后但未达标的原油通过回流管10送回到进液管12上位于单向阀11和第二开关阀3之间的部分，并打开第二开关阀3和第四开关阀8，待处理的原油和前述取样处理但未达标的原油一起通过进液管12通向电磁防垢仪4，电磁防垢仪4保持在高波段的pwm信号驱动下工作，开始对原油进行处理，经电磁防垢仪4处理后的原油从排液管7排出(处理后的原油虽然通过液体质量检测模块6，但液体质量检测模块6不启动不再对原油进行检测)，完成对dspic30f4012单片机上pwm信号输出端输出相应级别信号的自动匹配。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：

在本实施例中，如图2所示，所述电磁防垢仪4上设有与dspic30f4012单片机的输入端相连的扫频频段设定模块44，所述扫频频段设定模块44采用档位分别对应低波段500-5000hz、中波段5000-20000hz及高波段20000-35000hz的三档波段开关。通过三档波段开关可人为选定spic30f4012单片机上的pwm信号输出端输出信号的级别，适用于已知的适宜对待处理液体进行电磁处理的相应级别的pwm信号的情况。

在本实施例中，如图3及图4所示，所述第一开关组件2包括连接于1上的第一推注筒13、设于第一推注筒13内部的第一活塞14、驱动第一活塞14在第一推注筒13内伸缩移动的第一驱动机构以及分别设于第一推注筒13两侧并连接在取样管1上的单向阀11，所述第一活塞14的下端设有周侧均与第一推注筒13内侧壁贴合的活塞头，位于所述第一推注筒13两侧的取样管1分段均连通于第一推注筒13的内底部，所述第二开关阀3、第三开关组件9及第四开关阀8均为电磁阀。通过第一驱动机构可驱动第一活塞14在第一推注筒13内伸缩移动，可实现向第一推注筒13内抽入待处理液体，并将该部分待处理液体导向电磁防垢仪4，且在第一活塞14伸出第一推注筒13的过程中抽吸的液体能够在第一活塞14缩回第一推注筒13内的过程中完全排出，则通过控制第一活塞14的移动行程就能控制一次注入电磁防垢仪4的液体的量，应用较为方便。

在本实施例中，如图4所示，所述第一驱动机构包括铰接于第一活塞14上端的第一连接摆杆15、铰接于第一连接摆杆15上端的第一转盘17、连接于第一转盘17中心处的第一驱动轴16，所述第一转盘17竖直设置，且所述第一连接摆杆15的上端铰接于第一转盘17的偏心处，所述第一驱动轴16的另一端连接有转动电机，当第一连接摆杆15的上端位于第一转盘17的底部时，所述第一活塞14的底面贴附在第一推注筒13的内底面上。转动电机可直接带动第一驱动轴16转动，第一转盘17随之转动，并通过第一连接摆杆15带动第一活塞14在第一推注筒13内伸缩移动，且第一转盘17转动一圈，第一活塞14在第一推注筒13内进行一次伸出和缩回动作，通过控制转动电机的输出轴的转动圈数，就可控制一次注入电磁防垢仪4的液体的量，应用较为方便。

其它同实施例1。

实施例3

本实施例与实施例2的不同之处在于：

在本实施例中，如图5所示，所述第三开关组件9包括连接于回流管10上的第二推注筒18、设于第二推注筒18内部的第二活塞19、驱动第二活塞19在第二推注筒18内伸缩移动的第二驱动机构以及设于第二推注筒18与回流管10的输入端之间的回流管10上的单向阀11，所述第二活塞19的下端设有周侧均与第二推注筒18内侧壁贴合的活塞头，位于所述第二推注筒18两侧的回流管10分段均连通于第二推注筒18的内底部，所述第二驱动机构与第一驱动机构之间连接有联动组件。这样设置，使得第一驱动机构在开启第一开关组件2向电磁防垢仪4内注入待处理液体的同时，可带动第二驱动机构开启第三开关组件9将液体质量检测模块6检测后未达标的液体抽入回流管10并导向进液管12，从而有利于快速清空液体质量检测模块6备用。

在本实施例中，如图5所示，所述第二驱动机构包括铰接于第二活塞19上端的第二连接摆杆20、铰接于第二连接摆杆20上端的第二转盘21、连接于第二转盘21中心处的第二驱动轴22，所述第二转盘21竖直设置，且所述第二连接摆杆20的上端铰接于第二转盘21的偏心处，当第二连接摆杆20的上端位于第二转盘21的底部时，所述第二活塞19的底面贴附在第二推注筒18的内底面上，所述第一驱动轴16与第二驱动轴22之间通过带传动结构23连接。在转动电机带动第一活塞14在第一推注筒13内伸缩移动的同时，第一驱动轴16通过带传动结构23带动第二驱动轴22转动，第二转盘21随之转动，并通过第二连接摆杆20带动第二活塞19在第二推注筒18内伸缩移动，且第二转盘21转动一圈，第二活塞19在第二推注筒18内进行一次伸出和缩回动作，满足设计需求。

其它同实施例2。

由上述内容可知，本发明采用dspic30f4012单片机可根据不同的待处理液体的情况选择不同级别波段的pwm信号；可按pwm信号波段的级别由低至高依次对待处理的液体进行取样处理，直至在相应级别波段的pwm信号驱动处理下能对液体进行达标的处理，可实现dspic30f4012单片机上输出pwm信号输出级别波段的自动匹配，不需要另行确定适宜的级别波段pwm信号；且只需设定一个标准值，每次对取样处理后液体的检测数据只需与该标准值比较即可，不达标就提升pwm信号波段的级别，直至检测数据达标，则保持pwm信号波段的级别对待处理的液体进行处理，不易出现误差，应用方便。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。