一種基于LabVIEW的潛油電泵監(jiān)測系統(tǒng)的智能校正方法
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作者；張毅
隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，潛油電泵檢測系統(tǒng)引入軟件，完成對井下傳感器的實時監(jiān)控和分析，通過提供溫度、壓力瞬變數(shù)據(jù)趨勢分析，留出充足的時間來采取必要措施。本文介紹一套基于LabVIEV的潛油電泵監(jiān)測系統(tǒng)，針對每口井具體的要求，利用LabVIEW軟件進行PC上位機設(shè)計，采用串口通信的方式與單片機進行溫度、壓力數(shù)據(jù)傳輸及指令控制，以達到對溫度、壓力參數(shù)的智能校準。
1潛油電泵監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
監(jiān)測系統(tǒng)由潛油電泵（傳感器）、單片機和PC上位機三部分構(gòu)成，監(jiān)測系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。
監(jiān)測系統(tǒng)中傳感器產(chǎn)生的實時信息能夠協(xié)助識別、診斷和解決生產(chǎn)問題。電泵中的溫度、壓力傳感器將采集到的溫度、壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，傳給PC上位機的串口。單片機通過串口線將數(shù)據(jù)上傳給PC上位機的串口，同時，接收PC上位機發(fā)送的指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)開始、停止和連續(xù)采集的功能。PC上位機的串口接收單片機的數(shù)據(jù)傳輸，由LabVIEW軟件對各數(shù)據(jù)進行分析、處理和計算，保存數(shù)據(jù)并且直觀可靠地繪制曲線，同時運用自帶的數(shù)學(xué)插值擬合方法，得到溫度、壓力參數(shù)的校正因子。通過LabVIEW的串口，發(fā)送命令，反饋給單片機，校正采集的溫度、壓力等參數(shù)，從而實現(xiàn)單片機與PC下位機的相互通信功能，方便快捷地自動校正電泵的各參數(shù)，使得測量更加精準、可靠。
2智能監(jiān)測實現(xiàn)方案
2.1 數(shù)據(jù)傳輸與控制
本監(jiān)測系統(tǒng)中主要采用了RS232串口進行PC機和單片機之間的通信。在LabVIEW中有專門的串口程序設(shè)計的編程函數(shù)，本系統(tǒng)選用的是VISA配置串口函數(shù)的接線端子。在實現(xiàn)PC上位機與單片機的相互通信時，單片機的RXD引腳、TXD引腳和接地引腳由RS232串口線直接連接到PC機上，進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。PC機發(fā)送一幀特定指令代碼，單片機就采集一幀數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)為溫度或電壓參數(shù)的電壓值參數(shù)），再將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機，保存該數(shù)據(jù)且顯示相應(yīng)曲線。重復(fù)該過程，得到一組溫度或壓力參數(shù)數(shù)組，與已知的一組溫度或者壓力數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)插值擬合，結(jié)合相應(yīng)的算法，得到校正因子。相關(guān)數(shù)據(jù)再由LabVIEW串口送到單片機，進行溫度和壓力的校正，使得每套測井儀器各參數(shù)更加標準化，剔除潛油電泵儀器本身的測量誤差。同時，LabVIEW的串口發(fā)送一幀指令，單片機開始連續(xù)采集數(shù)據(jù)，準確地顯示、保存和回放數(shù)據(jù)。PC上位機與單片機相互通信過程示意圖如圖2所示。
2.2 數(shù)據(jù)處理方法
數(shù)據(jù)處理主要包括兩部分。一是得到溫度、壓力的校正因子。單片機上傳的溫度、壓力參數(shù)通過插值擬合方法（包括線性、多項式、指數(shù)和冪擬合算）擬合。本文結(jié)合實際的溫度、壓力，分析對比各種擬合方法，各種擬合方法的對比曲線如圖3所示。二是對所讀取數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，通過串口接收到的是十六進制的數(shù)據(jù)，進行實時顯示之前要對其進行轉(zhuǎn)化。先將接收到的十六進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制，然后根據(jù)系統(tǒng)硬件芯片的標準將數(shù)據(jù)換算成其所對應(yīng)的電壓值。
結(jié)合溫度傳感器的曲線特性和圖3的對比結(jié)果可以看出，多項式擬合法更適合對溫度的誤差進行矯正，且采用三階多項式擬合法的誤差會更小，精度會更高，同時，也滿足溫度傳感器的特性曲線。
2.3 顯示、存儲和回放模塊設(shè)計
數(shù)據(jù)顯示模塊是在數(shù)據(jù)校正后，對實時連續(xù)采集的數(shù)據(jù)通過上位機接收，將格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳到圖形顯示控件，即波形圖表，進行曲線的繪制。此控件能夠?qū)?shù)據(jù)在坐標系中實時、逐點地顯示出來，使我們能夠?qū)崟r地看到被測物理量的變化趨勢。軟件監(jiān)控界面控件顯示的曲線為兩條，一條是基準線，一條是實時采集的數(shù)據(jù)，兩條數(shù)據(jù)曲線形成對比。操作人員通過監(jiān)控實時曲線的變化，得到相應(yīng)井的相關(guān)信息。如果實時顯示曲線異常變化，則采取相應(yīng)措施，如關(guān)閉電泵。
在對測井數(shù)據(jù)采集的時候，不僅要實時地顯示數(shù)據(jù)，還要對數(shù)據(jù)進行存儲，這一功能由數(shù)據(jù)存儲模塊完成。數(shù)據(jù)的存儲程序?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)以數(shù)組的形式寫入二進制文件，對數(shù)據(jù)進行存儲。本系統(tǒng)所生成的文件是“．txt”格式的。
數(shù)據(jù)回放模塊的功能是當采集完數(shù)據(jù)之后，如有需要可以對存儲好的數(shù)據(jù)進行回放。當點中溫度壓力文件位置打開框按鈕之后，程序就會對存儲在文件中的數(shù)據(jù)進行查詢，并顯示在顯示控件上。
3監(jiān)測系統(tǒng)軟件界面
PC上位機LabVIEW軟件界面如圖4所示，包括兩部分。第一部分是數(shù)據(jù)保存、曲線顯示部分，其中的數(shù)據(jù)顯示部分是4個圖表，分別為溫度一時間瞬態(tài)圖、壓力一時間瞬態(tài)圖、溫度一時間趨勢圖和壓力一時間趨勢圖。瞬態(tài)圖實時顯示參數(shù)的動態(tài)，配合溫度、壓力基準線按鈕，可以完成一圖兩曲線實時參照對比的功能。趨勢圖顯示一段時間內(nèi)溫度、壓力參數(shù)的變化，可以了解各參數(shù)整體的趨勢走向。按鈕部分主要有VISA端口選擇按鈕、溫度和壓力參數(shù)保存路徑按鈕、寫入和讀取串口數(shù)據(jù)按鈕、溫度和壓力保存基準線按鈕、清除基準線按鈕、顯示當前溫度和壓力按鈕、等待時間按鈕、切換按鈕以及關(guān)閉按鈕。第二部分是數(shù)據(jù)處理部分，對應(yīng)其中的是擬合曲線控件、數(shù)據(jù)擬合按鈕、數(shù)據(jù)設(shè)置按鈕以及關(guān)閉按鈕。這兩部分是通過切換按鈕進行轉(zhuǎn)換的。當VISA串口設(shè)置正確，在寫入緩沖區(qū)中寫入特定的指令，點擊一次寫入按鈕，就通過RS232串口發(fā)送給單片機，單片機接收并識別指令后，開始采集一幀數(shù)據(jù)，再通過RS232串口發(fā)送給PC上位機，由VISA串口接收、顯示和保存這一幀數(shù)據(jù)。如此反復(fù)，PC上位機可以接收人為指定的數(shù)據(jù)，且保存為一列數(shù)組。點擊切換按鈕，就到了界面圖4(b)上，通過不同擬合方法的對比，選擇誤差較小的方法，得到對應(yīng)的校正系數(shù)。再返回到界面圖4 (a)上，在寫入緩沖區(qū)再次輸入特定代碼且含有對應(yīng)的校正系數(shù)發(fā)送到單片機中進行溫度和壓力參數(shù)的校正。然后再發(fā)送連續(xù)采集的特定代碼給單片機讓其連續(xù)采集且顯示。
4結(jié)束語
潛油電泵監(jiān)測系統(tǒng)基本實現(xiàn)了PC上位機與單片機的相互通訊功能，基于LabVIEW軟件，結(jié)合數(shù)據(jù)擬合方法，將采集的數(shù)據(jù)進行處理，校正了誤差，提高了精度。同時，實時顯示溫度、壓力等參數(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的保存和數(shù)據(jù)歷史回放的功能。
5摘要：為了使電泵各參數(shù)標準化，使用LabVIEW中VISA串口控制潛油電泵監(jiān)測儀器采集溫度、壓力等各項數(shù)據(jù)，通過LabVIEW中多種插值擬合方法對其進行矯正、分析和比較，得到合適的校正系數(shù)。通過校正系數(shù)在VISA串口和單片機中的相互傳遞，校正監(jiān)測儀器的各參數(shù)。
