赵金春
摘要：针对孤东油田设备老化严重和故障较多等问题，对269台泵类设备和341台抽油机进行了调研，据此研制了油田注采设备嵌入式故障诊断与监测系统，现场应用效果良好。
关键词：注采设备；诊断；监测；研制；应用
中图分类号：TE934文献标识码：B
一、诊断系统主要结构与组成部分
1．硬件框架图
系统采用嵌入式双CPU结构，功能强大、处理速度快、实时性好。下位机数据采集卡采用美国德州仪器公司（TI）的超低功耗微处理器MSP430，上位机采用美国Intel公司的嵌入式高性能处理器XsealePXA255，主频400MHz。上、下位机之间通过串口进行交互，可把数据导入PC机作进一步分析处理。整个系统的硬件框图如图1。
2．软件部分
系统软件包括上、下位机以及PC机三个部分。下位机软件采用面向结构的设计方法，运用高效、移植性强的专门针对MSP430系列单片机的C430语言开发。作为数据采集卡的核心程序，该软件包括AD采样、数据存储、串口通信和数据打包发送等功能模块。
上位机软件在ARM-Linux环境下运行，缓冲区约为1.2MBytes（字节）左右，运行时的动态使用内存空间为0.5~1MBytes（字节）。其核心部分是数据采集管理模块（DCMM）。
图形用户界面（GUI）是整个系统的人机交互接口，在该系统中作为应用层Application的一部分。系统具有良好的图形用户界面，能够实现实时数据采集、监测、数据存储、趋势分析、历史数据回放和比较等功能。
PC机部分软件是基于BorlandC++Builder的一套数据管理系统，利用MSComm串口控件与上位机软件同步，将上位机传过来的数据解包存入数据库。系统通过对数据库的访问，实现数据查询、添加、排序、删除、计算以及波形显示。同时，系统具有傅立叶变换、傅立叶逆变换、功率谱计算、自相关、互相关计算和倒频谱变换，可分别进行频域分析、功率谱分析、相关性分析以及倒频谱分析，实现数字信号的时域、频域、倒频域的相互转换，并将分析结果以坐标图形显示并实现报表生成与打印等，以完成采样信号的状态监测以及故障诊断功能。
二、主要技术参数
1．信号采集。采用二维加速度传感器，BNC接头，灵敏度为50mV/g，传感器电源电压为18~24V；
2．充电电压。AC-DC电源适配器
输入：100~240VAC（交流）；输出：5V2ADC（直流）；
3．诊断仪器几何尺寸：178×94×42mm。
三、技术突破点
注采设备嵌入式故障诊断与监测系统有以下六个方面的技术突破点：
1．嵌入式Linux的实时微内核技术；
2．嵌入式Linux环境下的外部设备驱动，包括串行口、LCD显示等；
3．嵌入式中文输入法；
4．多窗口图形显示技术；
5．信号预处理算法库；
6．双CPU结构的硬件设计技术。
该系统适用于离心泵、抽油机、往复泵以及其它类似设备。
四、现场应用情况
1．离心泵设备
2005年9月2527日在采油厂联合站进行现场实验，共采集3#和4#两台离心泵的振动信号1500余条，两台离心泵累计运转时间分别为14467h和31146h。分析所采集的信号发现，3#泵的振动信号比较平稳，4#泵的振动信号明显剧烈。两台离心泵的工作振动信号如图2、图3所示。
2．往复泵设备
2005年9月2527日在孤东采油厂注聚站进行实验，共采集信号1500余条，实验情况如下。
1#、7#和11#三台往复泵的振动信号。其中9月25号和26号两天分别采集三台设备正常工作状态下的信号，9月27号模拟故障，将1#泵、7#泵的1号进出口阀垂直方向弹簧剪断，即模拟弹簧断裂故障，并将该阀在正常工作状态下的振动与异常工作状态进行比较，其时域波形图对比如图4、图5。
可见，两种工作状态下所测的振动信号幅值和振动频率都有明显变化。此外，正常情况下，该测点的峭度值为9.15784，状态异常时，仅为1.02897。对比1号、3号进出口阀垂直方向的振动信号峭度值，正常工作状态下，该值介于8~12之间，将2号进出口阀的弹簧换到3号，峭度值迅速降至1~1.5之间。由此可见，通过峭度值可准确判断往复泵弹簧出现故障的位置。
五、结论
注采设备嵌入式故障诊断与监测系统可对多台设备进行在线监测与诊断，可通过PC机数据管理系统存储并进一步分析数据，积累经验数据，提高设备诊断工作水平。
该系统可准确诊断出泵、抽油机减速箱、各部位轴承等故障原因和故障点，提高维修质量、缩短检修时间，从而带来可观的经济效益。也实现了设备管理由经验型向现代科学型转变，提高了设备状态监测与故障诊断技术的应用水平，为持续提高设备管理水平打下了坚实的基础，为原油生产提供了可靠保证。