绞车及传动机组工作状态监测的无线数据采集系统设计

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绞车及传动机组是石油钻井机械中的重要设备之一。在绞车及传动机组中,通过监测滚动轴承的振动和温度、并车箱和绞车滚动轴承润滑油压力、传动轴转速等参数,实时监测钻井过程中绞车及传动机组的运行状态,从而对其可能出现的故障进行预警、对其寿命进行预测,确定轴承更换的最佳时机,高效地完成油田钻井工作。 针对油田的特殊地理位置和油田钻井设备经常需要搬迁的特点,我们采用短距离无线通信技术来实现无线数据采集和无线数据传输,避免了现场长距离布线、拆装和移动带来的不便。根据振动信号与温度、转速和压力信号的不同特点,采用不同的信号传递方法,温度、转速和压力用无线方式进行数据采集和传输,16路振动信号采用无线选通切换单路总线方式有线传输。 本文详细地阐述了绞车及传动机组工作状态监测的无线数据采集系统的设计过程。根据石油钻井现场的实际情况,采用了集成数字温度传感器对轴承温度、水龙头温度和环境温度等15路温度信号进行检测;采用霍尔开关传感器对传动轴转速进行检测;采用压力测量模块对并车箱和绞车润滑油压力进行检测;采用内置电路加速度传感器和恒流适配器对16路振动信号进行检测。本系统采用了内置51微处理器和无线收发器nRF905的无线单片机nRF9E5作为控制芯片,完成了无线数据采集和短距离无线数据通信模块硬件电路的设计和制作,自行开发了点到多点无线通信协议,组建了短距离分布式无线通信网络,编写了数据采集和通信程序,实现工控机与多个监测从机之间的无线数据采集和无线数据传输。在系统抗干扰方面,使用了nRF9E5内置看门狗电路,提高了各监测从机的抗干扰能力。工控机监测程序的编制采用VB程序设计语言,清晰友好的用户界面显示所有监测从机的当前测量数值,并能对测量数据进行分析、处理和存贮。该系统经过调试已经投入实际使用,经过数月的试运行,系统工作稳定,符合设计要求。 本系统的设计完成可以提高油田钻井设备的监测和管理水平,降低管理人员的工作量,减少钻井过程中安全事故的发生,具有一定的实用性和社会推广价值。
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