摘    要：针对螺杆泵的电参数测量特点和技术要求，设计了基于双单片机的螺杆泵工况监测系统。通过测量驱动螺杆泵电机的相关电参数并结合电机的内部损耗，准确地计算出螺杆泵的光杆扭矩和转速，从而对油井的工作状况做出正确判断。采用模块化设计思想，对采集、存储和人机交互等必要的硬件电路进行设计软件设计部分给出了程序流程图，并对参数校准和通信部分进行了重点阐述，同时设计出上位机数据处理及故障诊断软件一所提出的系统已经成功应用于油田，实现了对螺杆泵工况的监测，保证了采油系统的高效运行。

关键词：嵌入式系统；螺杆泵；电参数测量；故障监测

中图分类号：tp 27    文献标识码：a

    在现代的石油工业中，螺杆泵采油系统由于其独特的优势而被广泛应用。油井内的工作环境复杂，抽油管断脱、油管漏失、泵漏失、卡泵等故障时有发生，为了减少或避免以上情况，对螺杆泵工作状况的监测就显得非常必要。

    目前，国内外在螺杆泵工况监测及故障诊断方面主要采用生产参数经验诊断法、光杆受力测试诊断法、电参数测试诊断法。生产参数经验诊断法简单参数容易采集，但不能做到定量分析，诊断不够准确。光杆受力测试诊断法，判断准确，但传感器的安装繁琐且需要停机。电参数测试诊断法是一种新兴的定量诊断技术，通过测量驱动螺杆泵电机的相关电参数并结合电机的内部损耗，准确地计算出螺杆泵的光杆扭矩和转速，从而对油井的工作况进行监测。

    本文针对电参数测试诊断法设计了基于嵌入式的螺杆泵电机工况监测及故障诊断系统，以嵌入式微处理器和三相电能专用计量芯片为核心的现场监测部分，完成对螺杆泵驱动电机的三相电压、电抗、频率、有功功率、无功功率、功率因数等参数的实时监测与采集，并把数据存储在sd卡中；通过读卡器链接到pc机上，通过pc机的辅助软件对采集到的数据进行合理地分析及处理，进而对螺杆泵呆油系统的运行状况做出评估与诊断。

  考虑到电参数现场监测部分需要实现的功能比较多，既需要完成电参数的实时采集与存储，又需要提供实时的人机交互界面，这样一来若采用一片单片机，资源会比较紧张，而采用更高性能的处理器不仅成本高，而且又浪费了其有效的资源，综上考虑，本系统采用双单片机的设计方案，如图1所示。

   

    来自电机的三相电压和电流信号首先经过互感器转分别换成电压和电流差动信号，再经过信号调理电路，输入到ati7022b芯片，芯片进行采样、a/d转换、计算和存储。其中，stc12c5410ad通过与att7022b进行spi通信读取数据，并把数据按照一定的格式进行整合，通过串行通讯发送到stc12c5a60s2．在数据中加入实时的时间的信息，最后存储到sd卡中，同时在lcd液晶显示器上以菜单和数据列表的形式，配合相应的按键操作完成各参数的设置与显示。

    1)采集模块的设计传统的电参数的测量大多直接采用a/d对电压、电流进行采样，通过软件实现其他的电能参数的计算。这种方式cpu计算量大、外围电路复杂，实时性不好。本系统采用ait7022b芯片来取代以往的方式。att7022b是一款集16位adc与24位dsp处理器于一体的高精度、高可靠性、高稳定性三相电能专用计量芯片，在输入动态工作范围(1 000:1)内，非线性误差小于百分之0．1。内部集成了7路二阶sigma-deltaadc、参考电压电路及数字信号处理等电路，能测量各相以及合相的有功、无功和视在功率、有功和无功能量，还能测量各相的电压、电流有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足了本系统的设计要求。采集模块的设计围绕att7022b主要包含前置的电压电流输入通道和att7022b的外围电路。

   

    其中，vip /viiy，v3p  /v3n，v5p /v5n分别为ll相，l2,相，l3相电流信道的差动输入端，v2p /v2n．v4p /v4n，v6p /v6n分另i为l1相、12相、l3相电压信道的差动输入端