CN103244076A

CN103244076A - 一种基于单片机的电磁防蜡装置

Info

Publication number: CN103244076A
Application number: CN2013101531658A
Authority: CN
Inventors: 俞正峰; 高宝爱
Original assignee: SHANDONG LIAOCHENG JINTAI ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG LIAOCHENG JINTAI ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-04-27
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-04-27
Also published as: CN103244076B

Abstract

一种基于单片机的电磁防蜡装置，属油田自动清腊技术领域。包括电源装置及磁热转换装置，其特征在于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，PWM信号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。本发明装置能解决现有技术中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。

Description

一种基于单片机的电磁防蜡装置

技术领域

本发明涉及一种油田使用的防蜡装置，特别是一种基于单片机的电磁防蜡装置，属油田自动清腊技术领域。

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。

目前常用的清蜡方法主要有机械清蜡、热力清蜡、化学清蜡这三种方法虽然在一定程度上除去了蜡，但是费时费工不说有些还在一定程度上对环境造成了污染，都不能从根本上解决油田结蜡的问题。

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。

专利申请号为200920029588.8、发明名称为：“缠绕式扫频电磁清防蜡仪”公开了一种清防蜡装置，该装置主要由电源、扫频信号主机和外置管道缠绕线圈组成，所述的外置管道缠绕线圈缠绕到需要清防蜡的集输管线上面，两侧固定线圈固定卡子，把扫频信号主机的输出端和输入端分别与外置管道缠绕线圈的两端连接，将扫频信号主机外接电源供电。上述的扫频信号主机的外壳为防爆壳体，内部装有数字集成电路调频变频器。上述的数字集成电路调频变频器采用PIC16F系列单片机及***电路组成。该装置采用PIC16F系列的单片机作为核心器不但速度慢并且功能不齐全，不能够有很高的集成度。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种基于单片机的电磁防蜡装置，能解决现有技术中电磁防蜡仪不能运用于各种油田的情况，根据不同油田的情况，用户可自行设定防蜡装置的不同扫描频段，从而达到有效防蜡的目的。

本发明的技术方案如下：

一种基于单片机的电磁防蜡装置，包括电源装置及磁热转换装置，其特征在于电源装置包括单片机、功率放大电路、电流检测电路、过压检测电路、过热检测电路、扫频频段设置电路、PWM信号输出电路和直流电源，其中功率放大电路、电流检测电路、过压检测电路、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，PWM信号输出电路连接到单片机的I/O口；直流电源分别和单片机、功率放大电路、电流检测电路、过压检测电路、过热检测电路、扫频频段设置电路、PWM信号输出电路相连接以为其提供直流电；功率放大电路主要包括功率驱动模块EXB841和两个IGBT，功率驱动模块EXB841和两个IGBT相连接；扫频频段设置电路包括频率产生电路和手动选择设定频段，频率产生电路通过电阻、电容并联组成RC震荡电路，手动选择设定频段分为四档，通过改变上述阻容震荡电路中的4个电容值来选择震荡电路中的震荡频率；其中频率产生电路接到单片机，手动选择设定频段通过波段开关与单片机的PWM信号输出电路相连；PWM信号输出电路是通过单片机内部PWM输出通道及占空比产生两路互补的PWM信号；电流检测电路由互感器、整形滤波电路、比较器、滤波电路和施密特触发器顺序连接而成，其输出端连接到单片机；过压检测电路由滤波电容、限流电阻、光电三极管顺序连接而成，其输入端和功率放大电路输出端相连接，光电三极管的输出端连接到单片机；过热检测电路包括热敏电阻和电压比较器，其中热敏电阻连接到电压比较器的输入端，电压比较器的输出端和单片机相连；磁热转换装置包括不锈钢管、绝缘导热布和漆包线圈，漆包线圈缠绕在不锈钢管上，由绝缘导热布垫在两者之间以使其绝缘隔离；不锈钢管两端带有法兰盘，通过法兰盘能够将不锈钢管固定在输油管道上；磁热转换装置中的漆包线圈连接到功率放大电路的输出端作为功率放大电路的负载；过热检测电路中的热敏电阻和电流检测电路中的互感器均固定在磁热转换装置的漆包线圈上；电源LED显示器连接到直流电源上，过流LED显示器、过压LED显示器和过热LED显示器连接到单片机的I/O口上。

所述的单片机是型号为dsPIC30F4012的单片机。

本发明的扫频频段设置电路通过四档波段开关与单片机的PWM信号输出电路相连，用户可根据不同的油田情况选择不同的扫频范围，其中扫频范围为500HZ-35KHZ之间。过热检测电路是利用热敏电阻感测温度的高低转换成电阻值的大小，将它接入电路中变为电压的高低，通过电压比较器的同相端与反相端设定的电压值进行比较当温度高是进行翻转，再将这一输出接入单片机的I/O口；过流检测电路是通过电流互感器取得输出电感线圈上的电流信号，通过稳压、整流、滤波变为直流信号接到比较器的同相输入端与反相输入端设置的电压进行比较它的输出端再通过滤波进入施密特触发器的输入端进行整形，变为一电压信号接到单片机的AD口。当电流过大时，将会关闭PWM波形使其电路不工作。所述的过热检测电路是取自磁热转换装置及散热片处的温度信号，处理后送至dsPIC单片机的AD口处。过压检测电路取自功率放大电路输出端的电压经过整流滤波变为+15V，此电通过一个电容滤波、电阻限流，当有大电压时标注的+15V电压将会升高，此时光电三极管工作，使输出端CPU1.23处的电平由高变低，将此信号送入单片机进行控制。

所述的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流***如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

上述的PWM是脉冲宽度调制的英文缩写。

本发明防蜡装置在使用时，将磁热转换装置的不锈钢管通过其两端的法兰盘与输油管相连接。

本发明的有益效果如下：

采用高性能dsPIC30F4012单片机不但使***的工作稳定节约了电路板的有限空间，并且对于产品的升级及本公司的技术的保密性提供了保障；采用扫描频率分频段方式，可根据不同油田的不同情况下电磁防蜡仪效果的非线性特征，使得仪器处理效果更加明显，通用性更加广泛；

本发明的保护功能齐全，并且含有自动功率控制技术。通过调节dsPIC30F4012单片机产生的PWM波形的占空比来保证该装置的功率恒定，实现自动功率控制。

附图说明

图1为本发明的电源装置的结构示意框图。

其中：1、单片机，2、功率放大电路，3、过流、过压、过热LED显示器，4、电流检测电路，5、过热检测电路，6、过压检测电路,7、扫频频段设置电路，8、PWM信号输出电路，9、直流电源。

图2为本发明的磁热转换装置的结构示意图。

其中：10、法兰盘，11、不锈钢管，12、漆包线圈。

图3为本发明的功率放大电路的主电路图。功率放大电路主要包括功率驱动模块EXB841和两个IGBT，功率驱动模块EXB841和两个IGBT相连接；其中的电感是磁热转换装置中的电感线圈。

图4是本发明中所使用的高性能的dsPIC30F4012单片机外接电路引脚图，其中管脚10、11、14分别与LED显示器的过流显示、过热显示及过压显示相连；管脚12是过流检测电路的信号输入端；管脚16是过流检测电路的信号输出端；管脚21、22为PWM信号输出端；管脚17是电压检测信号的输入端；管脚20是电压检测信号的输出端；管脚4是过热检测端；管脚6为IGBT故障检测及保护端；管脚7、8、9、13、15是扫频频段设置电路；其中2、3为空端；管脚1为电位复位脚通过两个电阻接到+5V电源，再由一电容接到两串联电阻端到地；管脚5通过电容到地，再通过一电阻接到两端各为一电阻中间为一可调电阻的可调端上；管脚18、19脚通过晶振相连，再分别通过电容接地，构成外部晶振电路；管脚23、24、25均与地相连；管脚26、27、28均与+5V电源相连，再分别通过电容到地进行滤波。

图5是LED显示电路图；其中：上面的一个为电源LED显示器连接到电源上，下面的三个分别为过流LED显示器、过压LED显示器和过热LED显示器，分别连接到单片机的I/O口上。图5中R55、R56.1、R57、R58分别为限流电阻。

图6是过流检测电路图，它是由电流互感器T2取得功率放大电路的输出端的电感线圈上的电流信号，通过稳压、整流、滤波变为直流信号接到比较器U2C的同相输入端与反相输入端,与设置的电压进行比较后其输出端再通过R20、C16滤波进入施密特触发器U3A的输入端进行整形，变为一电压信号并经一电阻R19接到单片机的AD口上。当电流过大时，将会关闭PWM波形使其电路不工作。

图7为过压检测电路图，过压检测电路由滤波电容C28、限流电阻R52、光电三极管顺序连接而成，其输入端和功率放大电路输出端相连接，光电三极管的输出端连接到单片机，C39为光电三极管的输出滤波电容，R53接在光电三极管的输出端和5V电源之间为光电三极管供电时的限流电阻。当有大电压时标注的+15V电压将会升高，此时光电三极管工作，使输出端CPU1.23处的电平由高变低，此信号被送入单片机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例：

本发明实施例如图1-7所示，一种基于单片机的电磁防蜡装置，包括电源装置及磁热转换装置，其特征在于电源装置包括单片机1、功率放大电路2、电流检测电路4、过压检测电路6、过热检测电路5、扫频频段设置电路7、PWM信号输出电路8和直流电源9，其中功率放大电路2、电流检测电路4、过压检测电路6、过热检测电路5、扫频频段设置电路7、PWM信号输出电路8分别和单片机1相连接；扫频频段设置电路7和PWM信号输出电路8相连接，PWM信号输出电路8连接到单片机1的I/O口；直流电源9分别和单片机1、功率放大电路2、电流检测电路4、过压检测电路6、过热检测电路5、扫频频段设置电路7、PWM信号输出电路8相连接以为其提供直流电；功率放大电路2主要包括功率驱动模块EXB841和两个IGBT，功率驱动模块EXB841和两个IGBT相连接；扫频频段设置电路7包括频率产生电路和手动选择设定频段，频率产生电路通过电阻、电容并联组成RC震荡电路，手动选择设定频段分为四档，通过改变上述阻容震荡电路中的4个电容值来选择震荡电路中的震荡频率；其中频率产生电路接到单片机1，手动选择设定频段通过波段开关与单片机1的PWM信号输出电路8相连；PWM信号输出电路8是通过单片机内部PWM输出通道及占空比产生两路互补的PWM信号；电流检测电路4由互感器、整形滤波电路、比较器、滤波电路和施密特触发器顺序连接而成，其输出端连接到单片机1；过压检测电路6由滤波电容、限流电阻、光电三极管顺序连接而成，其输入端和功率放大电路2输出端相连接，光电三极管的输出端连接到单片机1；过热检测电路5包括热敏电阻和电压比较器，其中热敏电阻连接到电压比较器的输入端，电压比较器的输出端和单片机1相连；磁热转换装置包括不锈钢管11、绝缘导热布和漆包线圈12，漆包线圈12缠绕在不锈钢管11上，由绝缘导热布垫在两者之间以使其绝缘隔离；不锈钢管11两端带有法兰盘10，通过法兰盘10能够将不锈钢管11固定在输油管道上；磁热转换装置中的漆包线圈12连接到功率放大电路2的输出端作为功率放大电路2的负载；过热检测电路5中的热敏电阻和电流检测电路4中的互感器均固定在磁热转换装置的漆包线圈12上；电源LED显示器连接到直流电源上，过流、过压和过热LED显示器3分别连接到单片机的I/O口上。

所述的单片机1是型号为dsPIC30F4012的单片机。

Claims

1.一种基于单片机的电磁防蜡装置，包括电源装置及磁热转换装置，其特征在于电源装置包括单片机、功率放大电路、电流检测电路、过压检测电路、过热检测电路、扫频频段设置电路、PWM信号输出电路和直流电源，其中功率放大电路、电流检测电路、过压检测电路、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，PWM信号输出电路连接到单片机的I/O口；直流电源分别和单片机、功率放大电路、电流检测电路、过压检测电路、过热检测电路、扫频频段设置电路、PWM信号输出电路相连接以为其提供直流电；功率放大电路主要包括功率驱动模块EXB841和两个IGBT，功率驱动模块EXB841和两个IGBT相连接；扫频频段设置电路包括频率产生电路和手动选择设定频段，频率产生电路通过电阻、电容并联组成RC震荡电路，手动选择设定频段分为四档，通过改变上述阻容震荡电路中的4个电容值来选择震荡电路中的震荡频率；其中频率产生电路接到单片机，手动选择设定频段通过波段开关与单片机的PWM信号输出电路相连；PWM信号输出电路是通过单片机内部PWM输出通道及占空比产生两路互补的PWM信号；电流检测电路由互感器、整形滤波电路、比较器、滤波电路和施密特触发器顺序连接而成，其输出端连接到单片机；过压检测电路由滤波电容、限流电阻、光电三极管顺序连接而成，其输入端和功率放大电路输出端相连接，光电三极管的输出端连接到单片机；过热检测电路包括热敏电阻和电压比较器，其中热敏电阻连接到电压比较器的输入端，电压比较器的输出端和单片机相连；磁热转换装置包括不锈钢管、绝缘导热布和漆包线圈，漆包线圈缠绕在不锈钢管上，由绝缘导热布垫在两者之间以使其绝缘隔离；不锈钢管两端带有法兰盘，通过法兰盘能够将不锈钢管固定在输油管道上；磁热转换装置中的漆包线圈连接到功率放大电路的输出端作为功率放大电路的负载；过热检测电路中的热敏电阻和电流检测电路中的互感器均固定在磁热转换装置的漆包线圈上；电源LED显示器连接到直流电源上，过流LED显示器、过压LED显示器和过热LED显示器连接到单片机的I/O口上。

2.如权利要求1所述的一种基于单片机的电磁防蜡装置，其特征在于所述的单片机是型号为dsPIC30F4012的单片机。