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【摘要】作为油田原油生产过程中必不可少的关键设备之一，潜油电泵的应用范围相当广泛，为了确保其在油田生产过程中能够得到有效的控制，本文重点借助于单片机，结合硬件电路设计方法及软件编程方法，对潜油电泵单片机多功能控制及其保护系统进行了设计和研究，实践发现，本文所设计的控制系统不仅结构较为简单，而且可靠性较强，对于石油的开采及其控制具有一定的应用价值。
【关键词】潜油电泵 单片机 多功能保护
目前，有关石油采集现场中潜油电泵的控制系统基本是由数字化集成电路所构成的，其应用过程中出现了不少问题。因此，有必要重新进行基于单片机的多功能控制及保护系统的开发。鉴于此，本文就以单片机为基础的潜油电泵多功能控制及保护系统进行了设计和研究，该设计系统实现了人机交互，可程序化操作，因此具有一定的实际应用价值。
1 潜油电泵及其构成分析
潜油电泵多工作于矿井下，其为一种多级的离心泵，借助于变压器、潜油电缆以及控制屏等实现了地面电源到井下潜油电机之间电能的输送，随着电能的输送，电机可带动多级离心泵进行高速旋转，并实现井中液体由井下到地面的举升。对于潜油电泵而言，其主要分为如下三大部分和八个单元：
（l）井下部分，此部分主要包括了潜油电机、分离器、保护器以及多级离心泵；
（2）中间部分，此部分主要包括了潜油电缆及油井管柱等，其中后者还包括了单流阀及泄油阀等等；
（3）地面部分，此部分主要包括了变压器以及控制屏等。
对于潜油电泵而言，其供电流程主要如下：地面电源——变压器——控制屏——潜油电缆——潜油电机。对于其抽油过程的工作流程而言主要如下：分离器——多级离心泵——单流阀——泄油阀——井口——出油管线。
2 基于单片机的潜油电泵多功能控制及保护系统的设计
2.1 工艺技术要求
以石油开采相关工艺要求为依据，潜油电泵控制系统应当具有手动及自动两种操作方式。进行手动操作的过程中，对因某原因所造成的停机进行再次启动时，应按启动键；而进行自动操作过程中，如果由于欠载而发生停机现象，可以延时到预定时间以后在进行自动启动。若电泵过载，应当以不同过载量为依据分级进行延时停机和报警，待工作人员将故障排除后在进行人工起动。若有单相运行出现应立即停机并进行报警。系统在进行实时监测时，应当进行电泵工作状态的显示，并借助于计时器的闪烁对停机时间进行显示。对于可再次恢复启动的欠载故障而言，应以倒计时的方式对再次启动之前的剩余时间进行显示，对于其延时停机时间以及延时再次启动时间可人为进行设定。
2.2 基于单片机的系统结构原理分析
本文所设计的潜油电泵单片机多功能控制及保护系统主要是以89C51作为核心，同时，由显示器、APD转换器以及控制驱动接口等外围电路所构成。系统结构原理框架图见图1。
系统主要是由传感器将三相电流信号量进行采集，通过APD转换并输入到单片机后对其进行处理，同电泵额定电流相对应直流电压进行比较之后将所对应的控制信号以及显示量进行输出。APD转换能够满足本文所设计系统的基本要求，若对分辨率进行提高可进一步扩展ADC0809。系统并没有进行外部RAM的配置，借助于89C51内部128B及256B RAM。对于显示以及键盘而言，其主要是由8155进行处理的，以8位LED作为输出显示，其中3位进行三项电流的轮流显示，1位进行相序的显示，剩余4位进行时间的显示。对于传感器部分而言，其主要采用的是电流互感器，经过整流、比例放大以及滤波等过程，从这三相电源中获取适宜的电流信号，并将其作为APD转换的输入信号。
为了同这8位单片机相配合，系统采用8位模数转换进行了电路的集成，其分辨率以及转换速度都符合要求。对于接口方式而言，主要采用的是通用电路，系统选用3大通道作为其输入电路，时钟主要是由89C51所提供的ALE经由二分频之后实现的。系统通过单片机对APD启动进行控制，采用中断的方式对其结果进行读取。为确保当前数据的可靠性，系统另备有充电电池作为备用的电源。一旦外电源发生断电情况，除了显示单元之外的系统将会继续正常进行工作。因此，如果需要复位应当按复位按钮，应当注意的是，此时所有数据将消失。为了防止操作失误而导致复位的产生，复位键不应当设在键盘阵列当中。
2.3 系统软件的设计
系统软件设计的过程中主要涉及到两大方面的问题：首先是软件程序的设计，其次是软件抗干扰功能的设计。程序在开始时应进行SP、INT0、8155及T0的状态/命令等进行初始化，对于APD转换而言，其设置分别将P0.0及P0.1送至ADDA及ADDB进行IN0-IN2的选择，待转换结束后采用中断INT1进行CPU的通知，并进行8位数据的读取。通过89C51来对表示电流的三大数字信号进行处理，并将其输出至显示单元，同标准额定值进行比较后判断其欠载、过载还是单相，并由此决定是否进行延时、断电、自动再启动以及报警等动作的执行。将定时器T0设置为5ms定时进行中断，以便动态显示的不断刷新及时钟的标准性。借助于软件译码将十六进制数转换为BCD码，采用LED进行动态显示，其字型码主要位于程序区域。由于单片机应用过程中易受多种干扰侵袭，并对系统可靠性造成严重影响，因此，进行软件抗干扰性的设计相当有必要，设计过程中应对采样的数据进行算术平均值法处理，以便有效地消除干扰。具体而言，应取APD转换中的N个数据进行平均值的求取，并将其作为输入信号，以便进行随机干扰的抑制。
3 结语
综上所述，采用单片机技术来对潜油电泵进行多功能控制和保护是可行的，且所设计系统经实践证明程序化控制及保护功能较为可靠有效，因而实用价值较大，经技术完善后可考虑投入工业生产中。
参考文献
[1] 李勋. CHMOS单片机微型计算机（原理及应用）[J]. 北京： 北京航空航天大学出版社，2008
[2] 李华. MCS-51系列单片机实用接口技术[J].北京： 北京航空航天大学出版社， 2003
【关键词】潜油电泵 单片机 多功能保护
目前，有关石油采集现场中潜油电泵的控制系统基本是由数字化集成电路所构成的，其应用过程中出现了不少问题。因此，有必要重新进行基于单片机的多功能控制及保护系统的开发。鉴于此，本文就以单片机为基础的潜油电泵多功能控制及保护系统进行了设计和研究，该设计系统实现了人机交互，可程序化操作，因此具有一定的实际应用价值。
1 潜油电泵及其构成分析
潜油电泵多工作于矿井下，其为一种多级的离心泵，借助于变压器、潜油电缆以及控制屏等实现了地面电源到井下潜油电机之间电能的输送，随着电能的输送，电机可带动多级离心泵进行高速旋转，并实现井中液体由井下到地面的举升。对于潜油电泵而言，其主要分为如下三大部分和八个单元：
（l）井下部分，此部分主要包括了潜油电机、分离器、保护器以及多级离心泵；
（2）中间部分，此部分主要包括了潜油电缆及油井管柱等，其中后者还包括了单流阀及泄油阀等等；
（3）地面部分，此部分主要包括了变压器以及控制屏等。
对于潜油电泵而言，其供电流程主要如下：地面电源——变压器——控制屏——潜油电缆——潜油电机。对于其抽油过程的工作流程而言主要如下：分离器——多级离心泵——单流阀——泄油阀——井口——出油管线。
2 基于单片机的潜油电泵多功能控制及保护系统的设计
2.1 工艺技术要求
以石油开采相关工艺要求为依据，潜油电泵控制系统应当具有手动及自动两种操作方式。进行手动操作的过程中，对因某原因所造成的停机进行再次启动时，应按启动键；而进行自动操作过程中，如果由于欠载而发生停机现象，可以延时到预定时间以后在进行自动启动。若电泵过载，应当以不同过载量为依据分级进行延时停机和报警，待工作人员将故障排除后在进行人工起动。若有单相运行出现应立即停机并进行报警。系统在进行实时监测时，应当进行电泵工作状态的显示，并借助于计时器的闪烁对停机时间进行显示。对于可再次恢复启动的欠载故障而言，应以倒计时的方式对再次启动之前的剩余时间进行显示，对于其延时停机时间以及延时再次启动时间可人为进行设定。
2.2 基于单片机的系统结构原理分析
本文所设计的潜油电泵单片机多功能控制及保护系统主要是以89C51作为核心，同时，由显示器、APD转换器以及控制驱动接口等外围电路所构成。系统结构原理框架图见图1。
系统主要是由传感器将三相电流信号量进行采集，通过APD转换并输入到单片机后对其进行处理，同电泵额定电流相对应直流电压进行比较之后将所对应的控制信号以及显示量进行输出。APD转换能够满足本文所设计系统的基本要求，若对分辨率进行提高可进一步扩展ADC0809。系统并没有进行外部RAM的配置，借助于89C51内部128B及256B RAM。对于显示以及键盘而言，其主要是由8155进行处理的，以8位LED作为输出显示，其中3位进行三项电流的轮流显示，1位进行相序的显示，剩余4位进行时间的显示。对于传感器部分而言，其主要采用的是电流互感器，经过整流、比例放大以及滤波等过程，从这三相电源中获取适宜的电流信号，并将其作为APD转换的输入信号。
为了同这8位单片机相配合，系统采用8位模数转换进行了电路的集成，其分辨率以及转换速度都符合要求。对于接口方式而言，主要采用的是通用电路，系统选用3大通道作为其输入电路，时钟主要是由89C51所提供的ALE经由二分频之后实现的。系统通过单片机对APD启动进行控制，采用中断的方式对其结果进行读取。为确保当前数据的可靠性，系统另备有充电电池作为备用的电源。一旦外电源发生断电情况，除了显示单元之外的系统将会继续正常进行工作。因此，如果需要复位应当按复位按钮，应当注意的是，此时所有数据将消失。为了防止操作失误而导致复位的产生，复位键不应当设在键盘阵列当中。
2.3 系统软件的设计
系统软件设计的过程中主要涉及到两大方面的问题：首先是软件程序的设计，其次是软件抗干扰功能的设计。程序在开始时应进行SP、INT0、8155及T0的状态/命令等进行初始化，对于APD转换而言，其设置分别将P0.0及P0.1送至ADDA及ADDB进行IN0-IN2的选择，待转换结束后采用中断INT1进行CPU的通知，并进行8位数据的读取。通过89C51来对表示电流的三大数字信号进行处理，并将其输出至显示单元，同标准额定值进行比较后判断其欠载、过载还是单相，并由此决定是否进行延时、断电、自动再启动以及报警等动作的执行。将定时器T0设置为5ms定时进行中断，以便动态显示的不断刷新及时钟的标准性。借助于软件译码将十六进制数转换为BCD码，采用LED进行动态显示，其字型码主要位于程序区域。由于单片机应用过程中易受多种干扰侵袭，并对系统可靠性造成严重影响，因此，进行软件抗干扰性的设计相当有必要，设计过程中应对采样的数据进行算术平均值法处理，以便有效地消除干扰。具体而言，应取APD转换中的N个数据进行平均值的求取，并将其作为输入信号，以便进行随机干扰的抑制。
3 结语
综上所述，采用单片机技术来对潜油电泵进行多功能控制和保护是可行的，且所设计系统经实践证明程序化控制及保护功能较为可靠有效，因而实用价值较大，经技术完善后可考虑投入工业生产中。
参考文献
[1] 李勋. CHMOS单片机微型计算机（原理及应用）[J]. 北京： 北京航空航天大学出版社，2008
[2] 李华. MCS-51系列单片机实用接口技术[J].北京： 北京航空航天大学出版社， 2003