一種用於石油鑽井絞車設備的編碼方法及其編碼器的製造方法
2023-05-26 21:00:41 1
一種用於石油鑽井絞車設備的編碼方法及其編碼器的製造方法
【專利摘要】一種用於石油鑽井絞車設備的編碼方法及其編碼器，通過構造六路相對延時嚴格為一個觸發時鐘周期的編碼信號進行邏輯判斷和編碼計數實現八倍頻高精度編碼算法，八倍頻測量精度高於0.01Hz。使用該編碼方法的無線編碼器包括脈衝測頻模塊、微處理模塊、通信模塊和電源模塊。編碼測頻模塊包括電壓隔離單元和脈衝測頻計數單元；微處理模塊包括單片機低功耗MCU、可電擦除可編程只讀大容量存儲器EEPROM、時鐘電路以及撥碼開關通信模塊包括RS485通信串口以及無線接口；本發明的無線編碼器編碼靈活、測試精度高、可靠性好、集成度高，編碼器體積小功耗低、易於布設維護，降低了鑽井現場人工工作量，具有普遍的實用價值。
【專利說明】—種用於石油鑽井絞車設備的編碼方法及其編碼器
【技術領域】
[0001]本發明屬於石油鑽井設備檢測【技術領域】，涉及一種用於石油鑽井絞車設備的編碼方法及其編碼器，特別涉及一種基於八倍頻計數用於石油鑽井絞車設備的編碼方法及其編碼器，
【背景技術】
[0002]石油鑽井是石油氣資源開採中的重要一步，其投入費用佔石油勘探開發總投入的50%以上。鑽井工程中需要通過錄井設備監控鑽井液、各項儀器設備工作狀況等信息，並對信息進行分析和處理，以達到尋找並評價石油氣資源、實時跟蹤建井過程、監測預報井下故障等輔助鑽井生產和管理的作用。絞車設備則是錄井的重要監測對象。
[0003]然而，現有與絞車設備配套的編碼器採用有線通訊方式，在地理偏遠、塘區分散、交通閉塞的鑽井現場帶來了繁重的安裝拆卸工作，設備本身也易受井場搬遷及拆卸安裝工作的影響而損壞，有線通信錄井設備檢測裝置的不足日益顯現；另一方面，近年來飛速發展的無線傳感器及其網絡技術在軍事測控、環境科學、經貿商業等領域廣泛應用，被評為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一。因此，研發穩定性更高、信息採集更準確、信號傳輸更迅速、中心處理更可靠的石油錄井設備的無線化系統有著極強的現實意義。
[0004]另外，編碼器通常使用分立元件及一些門電路實現對編碼信號多倍頻測量，使用的元件較多，電路穩定性不佳；而採用集成晶片的電路設計多將編碼信號直接接入微控制器(以下簡稱MCU)輸入端，再由軟體完成鑑相和計數等工作，加重了 MCU負擔，易產生漏計或誤計現象。除此之外，根據實際工程需要，目前使用的編碼器一般僅局限於四倍頻測頻計數，計數精度有待提高、計數算法有待優化。因此，優化編碼電路並創新編碼算法，提高編碼器穩定性和測頻精度，對於石油鑽井絞車設備監測具有重要的意義。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種安裝簡便、性能優良的用於石油鑽井絞車設備的無線編碼器及其編碼算法設計方案。
[0006]通常對於編碼信號的倍頻處理，是在原有信號的基礎上構造一定的相關信號，在外界計數時鐘的觸發下，同時對原信號和相關信號的邊沿進行檢測，從而實現倍頻的效果。在目前常用的四倍頻算法中，由於編碼信號為A/B兩路頻率相同、相差90度的脈衝信號，對兩路信號的上升沿和下降沿進行檢測即在計數上表現出四倍頻。在構造相關信號時，通常使用門電路將原信號取反，或者構造A ? B，這樣雖然實現了四倍頻計數，但由於原信號和相關信號有一個時間差、外界觸發時鐘周期與編碼信號不一定是整數倍關係，在對信號邊沿的計數過程中可能出現漏計或誤計現象，導致精度損失。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種基於八倍頻計數用於石油鑽井絞車設備的編碼方法，其是將兩路相差90度的編碼信號A和編碼信號B使用外部觸發計數時鐘的上升沿構造六路相對編碼信號A和編碼信號B的延時信號，分別為延時信號A、延時信號Al、延時信號A2和延時信號B、延時信號B1、延時信號B2，其中延時信號Al相對延時信號A延時一個觸發時鐘周期、延時信號A2相對延時信號Al延時一個觸發時鐘周期，延時信號B、延時信號B1、延時信號B2間延時關係同理，由於絞車正轉時脈衝到來的時間順序為:從延時信號A —延時信號Al —延時信號A2—延時信號B—延時信號BI—延時信號B2 ;絞車反轉時脈衝到來的時間順序為:從延時信號B —延時信號BI —延時信號B2 —延時信號A —延時信號Al —延時信號A2，每種轉向分別對應這六路信號的8種電平關係從而實現絞車設備編碼信號的八倍頻精確測量。
[0009]本發明的編碼算法中，在ENC0DER_A/ENC0DER_B兩路相差90度的原編碼信號基礎上，使用外部觸發計數的時鐘構造六路相對ENC0DER_A/ENC0DER_B的延時信號(A/A1/A2和B/B1/B2)，其中Al相對A延時一個觸發時鐘周期、A2相對Al延時一個觸發時鐘周期，B/B1/B2間延時關係同理，這樣使信號邊沿整齊、相對延時嚴格、穩定性高。由於絞車正轉反轉時分別對應這六路信號的8種電平關係，即脈衝到來的時間順序分別為正轉A/A1/A2/B/B1/B2和反轉B/B1/B2/A/ A1/A2，通過對這些關係的判斷帶動編碼計數器的加減計數，即可實現絞車設備轉向判別及八倍頻精確計數。具體邏輯如表1、公式I和公式2。
[0010]表1八倍頻與方向檢測邏輯表
【權利要求】
1.一種用於石油鑽井絞車設備的編碼方法，是基於八倍頻計數用於石油鑽井絞車設備的編碼方法，其特徵在於:將兩路相差90度的編碼信號A和編碼信號B使用外部觸發計數時鐘的上升沿構造六路相對編碼信號A和編碼信號B的延時信號，分別為延時信號A、延時信號Al、延時信號A2和延時信號B、延時信號B1、延時信號B2，其中延時信號Al相對延時信號A延時一個觸發時鐘周期、延時信號A2相對延時信號Al延時一個觸發時鐘周期，延時信號B、延時信號B1、延時信號B2間延時關係同理；由於絞車正轉時脈衝到來的時間順序為:延時信號A —延時信號Al —延時信號A2 —延時信號B —延時信號BI —延時信號B2 ；絞車反轉時脈衝到來的時間順序為:延時信號B —延時信號BI —延時信號B2 —延時信號A —延時信號Al —延時信號A2,每種轉向分別對應這六路信號的8種電平關係從而實現絞車設備編碼信號的八倍頻精確測量。
2.一種利用權利要求1所述的編碼方法進行編碼的無線編碼器，其特徵在於:該無線編碼器包括編碼測頻模塊、微處理模塊、通信模塊和電源模塊共四個部分，其中編碼測頻模塊包括電壓隔離單元和編碼測頻計數單元，其接收來自石油鑽井絞車設備的編碼信號，該信號經過電壓隔離單元後進入編碼測頻計數單元，並由編碼測頻單元進行八倍頻計數和編碼；微處理模塊包括低功耗MCU、可電擦除可編程只讀大容量存儲器、時鐘電路及撥碼開關，其對無線編碼器各模塊之間的信息進行匯總和處理。
3.根據權利要求2所述的無線編碼器，其特徵在於:所述的通信模塊的通信接口包括無線通信接口及RS485通信串口，兩種接口均與微處理模塊MCU採用總線形式連接，其中無線通信接口採用中功率無線傳輸模塊及吸盤天線，工作於433MHz開放ISM頻段免許可證使用；電源模塊採用220交流電轉直流以及24V電池組直接直流供電雙模式。
4.根據權利要求2或3所述的無線編碼器，其特徵在於:所述的編碼測頻計數單元採用CPLD EPM240晶片完成編碼八倍頻高精度測頻。
5.根據權利要求2或3所述的無線編碼器，其特徵在於:所述的低功耗MCU為MSP430系列單片機，所述的可電擦除可編程只讀大容量存儲器為AT24C1024晶片。
6.根據權利要求4所述的無線編碼器，其特徵在於:所述的低功耗MCU為MSP430系列單片機，所述的可電擦除可編程只讀大容量存儲器為AT24C1024晶片。
7.根據權利要求3或6所述的無線編碼器，其特徵在於:所述的中功率無線傳輸模塊的型號為RFC-1100A。
8.根據權利要求4所述的無線編碼器，其特徵在於:所述的中功率無線傳輸模塊的型號為 RFC-1IOOA0
9.根據權利要求5所述的無線編碼器，其特徵在於:所述的中功率無線傳輸模塊的型號為 RFC-1IOOA0
【文檔編號】G05B19/042GK103529731SQ201310470835
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月6日 優先權日:2013年10月6日
【發明者】喻言, 王潔, 黃思越, 宋陽 申請人:大連理工大學