基于dsp变频泥浆泵流量控制系统设计(学士)

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1、本科毕业设计（论文）开题报告题目：基于DSP的变频泥浆泵流量控制系统设计学生姓名：张海强院（系）：电子工程学院专业班级：自动化0804指导教师：霍爱清完成时间：2012年3月23日1.课题的意义随着计算机、通信、电子技术的发展，dsPIC对钻井泥浆脉冲控制系统成为可能。钻井泥浆用途居多能够冷却和润滑钻头、平衡井壁岩石侧压力、有效传递水力功率等等，然而，由于油井深度和井底压力的限制，钻井液往往不能按时按量供给，给钻井带来诸多问题。为了使钻井泥浆能过及时有效地供应，提高钻井精度和效率，必须研制出安全、实时、稳定的钻井液脉冲

2、控制系统，dsPIC对钻井泥浆脉冲控制系统采用MicrochipdsPIC30F为主控芯片。该芯片是一款将单片机与DSP技术相结合的高性能16位数字信号控制器，综合了单片机（MCU）的控制功能和集成了多种外设的优点，以及数字信号处理器（DSP）的计算能力和数据处理吞吐能力[2]。此外，它在异常事件处理,软件开发环境等方面也表现出强大的性能。由于dsPIC30F芯片的内部资源丰富，基于dsPIC30F平台开发的脉冲钻井泥浆控制系统需要的外设很少，不但系统的抗干扰性和可靠性能够满足脉冲钻井泥浆控制系统在各种环境下运行的要求

3、，而且可以提高系统的灵活性，缩短开发时间，降低开发成本。2.国内外研究现状地面的控制信号发送到井下（downlink），这就需要建立下行信息通道。理论研究表明，尽管信号从地面发送到井下与随钻测量（MWD）技术在原理上有一定的相似性，但无论从方案、信号发生器的设计还是从信号传输特性、信号的检测技术等都存在着与MWD不同之处。事实表明实现地面与井下的实时双向通信并非易事。在80年代，地面传递信号比较典型的就是以泥浆为介质将命令传送至井下，即在地面完成压力脉冲的调制，压力脉冲在井下由压力或流量传感器敏感然后解码。由于传送过程

4、中压力容易受到外界条件变化的干扰，比如地层压力的变化的影响。1999年Gruenhagen的发明就是利用泥浆为介质将命令传送到井下，在地面完成压力脉冲调制，压力脉冲在井下由压力或流量传感器敏感，由微处理器解码并将命令传送给控制器。钻进中发送下行命令的方法是，使用一个主泵从泥浆池中泵出恒定流速的泥浆，大部分的泥浆进入井下以维持泥浆循环，旁通支路装备开关阀由电子控制器控制，打开和关闭开关阀时，就会产生流量脉冲，这种脉冲的幅度及时间可以被控制，这些脉冲的速度可以由井下合适的设备检测，例如流量计、压力检测计及涡轮，以二进制调制

5、脉冲传递数据。2005年以Halliburton为代表的Finke等人发明的下行通道遥传系统，为远距离命令传输提供了改良的设备和方法。通过来自地面设备的压力脉冲，传送指令到井下BHA[11]。该设备由产生压力脉冲信号的地面发射器、控制系统，及用于接收脉冲信号并对其进行解码的井下接收器组成。在工作时旁通阀的打开和关闭，将产生一系列可用井下接收器接收并解码的压力脉冲信号。值得注意的是，在不中断钻井，不中断同时进行的上行通道传输的情况下，这种方法缩短了下行通道传输信号所耗费的时间。如果上行通道信号和下行通道信号以不同的频率发

6、送，那么双向传输是可以实现的。遥测方案和软件程序为下行通道信号的滤波和解码提供了创新的方法，软件程序决定了脉冲峰值之间的时间间隔，并通过解码将这些间隔变为指令，软件程序也包括了检验井下指令完全被接收的误差校验。本发明的特别之处在于它涉及到了在不中断钻进的情况下，通过地面设备产生的压力脉冲来传送指令给井下钻具组合，然后使用井下接收器检测压力脉冲信号，并通过软件程序对压力脉冲信号进行解码，变成井下总成的命令，而且它还可以在相对较快的传输速率下，实现地面设备与井下总成的双向通信，所以该方法显得特别实用。欧洲专利GB24121

7、28中的下行通道是这样实现的：通过改变地面泥浆泵的转速调整泥浆的流速，下行信号可以通过泥浆流量变化的频率、幅度或速度进行编码。井下装置检测位于泥浆动力发动机之下的BHA转速变化以达到解码的目的，用不同的转速代替不同的命令。专利US2006225920中下行通道系统则是利用泥浆流速的改变，传送地面命令信号进入井下控制钻具组合。首先，来自地面的信号通过变更进入井筒泥浆的流量实现传输，可以利用确定的或动态的时间周期表发送下行的信号；其次，可以基于流量超过某一阈值的次数发送命令；再有下行命令可以通过一种恒定流速的周期来定义，而

8、每一种确定信号对应的命令都存放在井下的存储器中，地面的泥浆流速被一个控制泥浆泵的控制器或泥浆流速控制装置自动控制，井下泥浆流速的变化可以被系统匹配的检测器监测。另外，Herrmann用于与井下工具、仪器间的通讯，井下装置对传送的编码信息做出的反应是依靠通讯过程中气压的变化进行的。国内有关地面控制下行信号传输的论文主要是西安石油勘探