一种实时监测柱塞泵盘根泄漏的检测仪

摘要

本发明提供了一种实时监测柱塞泵盘根泄漏的检测仪，包括系统控制中心单元、外部电源防护电路单元、降压芯片单元、硬件看门狗电路单元、传感器供电控制电路单元、漏水监测传感器单元、RS485通信单元和报警单元。有益效果是能够实时监测柱塞泵的泄漏，并实时提供报警，同时可根据生产需要停泵连锁保护，而且具有外接电源防雷保护功能，允许多组设备通过总线方式同时工作而不会产生数据通信干扰。

说明书

技术领域

本发明属于漏水实时监测系统装置领域，尤其是涉及一种实时监测柱塞 泵盘根泄漏的检测仪。

背景技术

油田注水是保持油层压力、降低原油递减率的主要措施，柱塞泵机组是 油田生产的关键设备。一旦发生故障，常造成数万元或数十万元的经济损失 和严重的社会危害，当柱塞泵盘根由于老化等原因漏水，水会进入柱塞泵油 箱，造成机油报废给油田带来较大经济损失。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种实时监测柱塞泵盘根泄漏的检测仪，能 够实时监测柱塞泵的泄漏，并实时提供报警，同时可根据生产需要停泵连锁 保护，而且具有外接电源防雷保护功能，允许多组设备通过总线方式同时工 作而不会产生数据通信干扰。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实时监测柱塞泵盘根泄漏的检测仪，包括系统控制中心单元、外部 电源防护电路单元、降压芯片单元、硬件看门狗电路单元、传感器供电控制 电路单元、漏水监测传感器单元、RS485通信单元和报警单元，外部电源接 入所述外部电源防护电路单元的输入端，所述外部电源防护电路单元的输出 端分别供电连接所述降压芯片单元和所述传感器供电控制电路单元，所述降 压芯片单元分别供电输出到所述硬件看门狗电路单元、所述系统控制中心单 元和所述RS485通信单元，所述硬件看门狗电路单元的输出端接入所述系统 控制中心单元，所述RS485通信单元和所述报警单元分别与所述系统控制中 心单元双向信号导通连接，所述系统控制中心单元的控制信号输出连接所述 传感器供电控制电路单元，所述传感器供电控制电路单元连接所述漏水监测 传感器单元，所述漏水监测传感器单元的信号输出连接所述系统控制中心单 元。

进一步的，所述系统控制中心单元为STM32F103VCT6单片机及外围电路。

进一步的，所述外部电源防护电路单元包括共模电感L5、高压电容C3、 第三压敏电阻R3、第一压敏电阻R1和第十二压敏电阻R12,第一防雷管、第 二防雷管、第三防雷管、第一自恢复保险F1、π形二极管防护阵列和第十电 容C10,所述外部电源的输入端接入所述共模电感L5，所述共模电感L5的输 出端之间依次并接有所述高压电容C3、所述第三压敏电阻R3和串接的所述 第一压敏电阻R1和所述第十二压敏电阻R12，所述第一防雷管连接在所述第 一压敏电阻R1的上端，所述第二防雷管连接在所述第一压敏电阻R1和所述 第十二压敏电阻R12之间，所述第三防雷管连接在所述第十二压敏电阻R12 的下端，所述第一压敏电阻R1输出连接所述第一自恢复保险F1，所述第一 自恢复保险F1输出连接到所述π形二极管防护阵列。

进一步的，所述π形二极管防护阵列包括第一π形二极管D1、第四π形 二极管D4和第十四π形二极管D14，所述第四π形二极管D4和所述第十四 π形二极管D14同向并接，所述第一π形二极管D1串接在所述第四π形二 极管D4和所述第十四π形二极管D14之间，所述第一π形二极管D1的正极 连接所述第一自恢复保险F1的输出端。

进一步的，所述降压芯片单元为TPS5430开关型电源芯片及外围电路。

进一步的，所述硬件看门狗电路单元为SP706看门狗定时器及外围电路。

进一步的，所述传感器供电控制电路单元包括RC滤波电路、电压跟随 器、第一三极管Q1、第三自恢复保险F3、第十八转换电阻R18、第二十一转 换电阻R21和信号检测器，所述系统控制中心单元的控制信号输出至所述RC 滤波电路，经所述RC滤波电路滤波后接入所述电压跟随器，所述电压跟随 器的输出端接入所述第一三极管Q1的集电极，所述第一三极管Q1的基极和 发射极回路连接所述漏水监测传感器单元的一端，所述漏水监测传感器单元 另一端接入所述第三自恢复保险F3，所述第三自恢复保险F3的输出端串接 有所述第十八转换电阻R18和所述第二十一转换电阻R21，所述信号检测器 的输入端连接到所述第十八转换电阻R18和所述第二十一转换电阻R21之 间，所述信号检测器的输出端连接到所述系统控制中心单元。

进一步的，所述电压跟随器包括LM358运放，所述信号检测器包括 LM321D运放。

进一步的，所述RS485通信单元为MAX3485芯片及外围保护电路。

相对于现有技术，本发明所述的实时监测柱塞泵盘根泄漏的检测仪具有 以下优势：

本发明的系统控制中心单元由STM32F103VCT6单片机及外围电路构成， 能够向传感器供电控制电路单元输出控制信号，并能够接收漏水监测传感器 单元所监测的漏水实时信号，系统控制中心单元能够分析漏水实时信号是否 超过设定阈值，一旦发现超过阈值，能够与RS485通信单元通信，通过RS485 通信单元发送停止柱塞泵的指令，同时向报警单元发送报警启动信号，实现 实时监测柱塞泵的泄漏，并实时提供报警，同时可根据生产需要停泵连锁保 护的功能，允许多组设备通过总线方式同时工作而不会产生数据通信干扰， 而且外部电源防护电路单元能够防雷击电涌，具有外接电源防雷保护功能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的 示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在 附图中：

图1为本发明实施例所述的整体功能结构示意图；

图2为本发明的外部电源防护电路单元的电路结构示意图；

图3为本发明的降压芯片单元的电路结构示意图；

图4为本发明的硬件看门狗电路单元的电路结构示意图；

图5为本发明的传感器供电控制电路单元的电路结构示意图；

图6为本发明的RS485通信单元的电路结构示意图。

附图标记说明：

1-系统控制中心单元；2-外部电源防护电路单元；21-第一防雷管；22- 第二防雷管；23-第三防雷管；24-π形二极管防护阵列；3-降压芯片单元； 31-TPS5430开关型电源芯片；4-硬件看门狗电路单元；41-SP706看门狗定 时器；5-传感器供电控制电路单元；51-RC滤波电路；52-电压跟随器； 521-LM358运放；53-信号检测器；531-LM321D运放；6-漏水监测传感器单 元；7-RS485通信单元；71-MAX3485芯片；8-报警单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示 的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此 不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述 目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征 的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包 括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的 含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供一种实时监测柱塞泵盘根泄漏的检测仪，包括 系统控制中心单元1、外部电源防护电路单元2、降压芯片单元3、硬件看门 狗电路单元4、传感器供电控制电路单元5、漏水监测传感器单元6、RS485 通信单元7和报警单元8，外部电源接入所述外部电源防护电路单元2的输 入端，所述外部电源防护电路单元2的输出端分别供电连接所述降压芯片单 元3和所述传感器供电控制电路单元5，所述降压芯片单元3分别供电输出 到所述硬件看门狗电路单元4、所述系统控制中心单元1和所述RS485通信 单元7，所述硬件看门狗电路单元4的输出端接入所述系统控制中心单元1， 所述RS485通信单元7和所述报警单元8分别与所述系统控制中心单元1双 向信号导通连接，所述系统控制中心单元1的控制信号输出连接所述传感器 供电控制电路单元5，所述传感器供电控制电路单元5连接所述漏水监测传 感器单元6，所述漏水监测传感器单元6的信号输出连接所述系统控制中心 单元1。

所述系统控制中心单元1为STM32F103VCT6单片机及外围电路，STM32F1 系列属于的32位ARM微控制器，其内核是Cortex-M3,最高72MHz工作频率， 芯片集成定时器，具有RTC、CAN、ADC、DAC、SPI、I2C、USB和UART多种 接口功能。本实施例的RS485通信单元7与STM32F103VCT6单片机的UART 接口连接，用于通信功能；STM32F103VCT6单片机的RTC接口为实时时钟， 用于记录报警发生时间；DAC接口用于为传感器供电控制电路单元5提供可 调电压；ADC接口用于检测漏水监测传感器单元6的输出信号；I/O接口用 于控制继电器、LED、硬件看门狗电路单元4的数字芯片信号处理。

如图2所示，所述外部电源防护电路单元2包括共模电感L5、高压电容 C3、第三压敏电阻R3、第一压敏电阻R1和第十二压敏电阻R12,第一防雷管 21、第二防雷管22、第三防雷管23、第一自恢复保险F1、π形二极管防护 阵列24和第十电容C10,所述外部电源的输入端接入所述共模电感L5，所述 共模电感L5的输出端之间依次并接有所述高压电容C3、所述第三压敏电阻 R3和串接的所述第一压敏电阻R1和所述第十二压敏电阻R12，所述第一防 雷管21连接在所述第一压敏电阻R1的上端，所述第二防雷管22连接在所 述第一压敏电阻R1和所述第十二压敏电阻R12之间，所述第三防雷管23连 接在所述第十二压敏电阻R12的下端，所述第一压敏电阻R1输出连接所述 第一自恢复保险F1，所述第一自恢复保险F1输出连接到所述π形二极管防 护阵列24。本实施例的外部电源为24V，经过共模电感L5滤除部分共模干 扰信号，高压电容C3过滤强电压交流波，第一防雷管21、第二防雷管22 和第三防雷管23可以承受大电流的差模和共模干扰，第三压敏电阻R3、第 一压敏电阻R1和第十二压敏电阻R12负责滤除正、负电源线上的差模干扰 信号，经由第一自恢复保险F1送入π形二极管防护阵列24，π形二极管防 护阵列24起到防电源反接、电源电压过高、去除差模干扰的功能，是整板 电源的最后保障。

所述π形二极管防护阵列24包括第一π形二极管D1、第四π形二极管 D4和第十四π形二极管D14，所述第四π形二极管D4和所述第十四π形二 极管D14同向并接，所述第一π形二极管D1串接在所述第四π形二极管D4 和所述第十四π形二极管D14之间，所述第一π形二极管D1的正极连接所 述第一自恢复保险F1的输出端。

如图3所示，所述降压芯片单元3为TPS5430开关型电源芯片31及外 围电路，TPS5430开关型电源芯片31输出3V电压，输出电压为所述硬件看 门狗电路单元4、所述系统控制中心单元1和所述RS485通信单元7供电。

如图4所示，所述硬件看门狗电路单元4为SP706看门狗定时器41及 外围电路，SP706看门狗定时器41包含一个看门狗定时器，一个uP复位模 块，一个供电失败比较器，及一个手动复位输入模块，是独立的看门狗定时 器，溢出周期1.6s，内置Vcc干扰抑止电路，适用于3.3V环境。

如图5所示，所述传感器供电控制电路单元5包括RC滤波电路51、电 压跟随器52、第一三极管Q1、第三自恢复保险F3、第十八转换电阻R18、 第二十一转换电阻R21和信号检测器53，所述系统控制中心单元1的控制信 号输出至所述RC滤波电路51，经所述RC滤波电路51滤波后接入所述电压 跟随器52，所述电压跟随器52的输出端接入所述第一三极管Q1的集电极， 所述第一三极管Q1的基极和发射极回路连接所述漏水监测传感器单元6的 一端，所述漏水监测传感器单元6另一端接入所述第三自恢复保险F3，所述 第三自恢复保险F3的输出端串接有所述第十八转换电阻R18和所述第二十 一转换电阻R21，所述信号检测器53的输入端连接到所述第十八转换电阻 R18和所述第二十一转换电阻R21之间，所述信号检测器53的输出端连接到 所述系统控制中心单元1。由STM32F103VCT6单片机的DAC接口输出电压， LM358运放521做电压跟随器52，起到增加驱动电流的作用，第一三极管Q1 起到开关作用，为漏水监测传感器单元6供电控制，第三自恢复保险F3为 30mA可恢复自保险，保护漏水监测传感器单元6，第十八转换电阻R18和第 二十一转换电阻R21能够将漏水监测传感器单元6的电流信号转换成电压信 号，LM321D运放531做信号检测器53，用于检测漏水监测传感器单元6输 出的信号，并传递给STM32F103VCT6单片机的ADC接口。

如图6所示，所述RS485通信单元7为MAX3485芯片71及外围保护电 路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。