一种用于石油钻井绞车设备的编码方法及其编码器的制造方法
【专利摘要】一种用于石油钻井绞车设备的编码方法及其编码器，通过构造六路相对延时严格为一个触发时钟周期的编码信号进行逻辑判断和编码计数实现八倍频高精度编码算法，八倍频测量精度高于0.01Hz。使用该编码方法的无线编码器包括脉冲测频模块、微处理模块、通信模块和电源模块。编码测频模块包括电压隔离单元和脉冲测频计数单元；微处理模块包括单片机低功耗MCU、可电擦除可编程只读大容量存储器EEPROM、时钟电路以及拨码开关通信模块包括RS485通信串口以及无线接口；本发明的无线编码器编码灵活、测试精度高、可靠性好、集成度高，编码器体积小功耗低、易于布设维护，降低了钻井现场人工工作量，具有普遍的实用价值。
【专利说明】—种用于石油钻井绞车设备的编码方法及其编码器
【技术领域】
[0001]本发明属于石油钻井设备检测【技术领域】，涉及一种用于石油钻井绞车设备的编码方法及其编码器，特别涉及一种基于八倍频计数用于石油钻井绞车设备的编码方法及其编码器，
【背景技术】
[0002]石油钻井是石油气资源开采中的重要一步，其投入费用占石油勘探开发总投入的50%以上。钻井工程中需要通过录井设备监控钻井液、各项仪器设备工作状况等信息，并对信息进行分析和处理，以达到寻找并评价石油气资源、实时跟踪建井过程、监测预报井下故障等辅助钻井生产和管理的作用。绞车设备则是录井的重要监测对象。
[0003]然而，现有与绞车设备配套的编码器采用有线通讯方式，在地理偏远、塘区分散、交通闭塞的钻井现场带来了繁重的安装拆卸工作，设备本身也易受井场搬迁及拆卸安装工作的影响而损坏，有线通信录井设备检测装置的不足日益显现；另一方面，近年来飞速发展的无线传感器及其网络技术在军事测控、环境科学、经贸商业等领域广泛应用，被评为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。因此，研发稳定性更高、信息采集更准确、信号传输更迅速、中心处理更可靠的石油录井设备的无线化系统有着极强的现实意义。
[0004]另外，编码器通常使用分立元件及一些门电路实现对编码信号多倍频测量，使用的元件较多，电路稳定性不佳；而采用集成芯片的电路设计多将编码信号直接接入微控制器(以下简称MCU)输入端，再由软件完成鉴相和计数等工作，加重了 MCU负担，易产生漏计或误计现象。除此之外，根据实际工程需要，目前使用的编码器一般仅局限于四倍频测频计数，计数精度有待提高、计数算法有待优化。因此，优化编码电路并创新编码算法，提高编码器稳定性和测频精度，对于石油钻井绞车设备监测具有重要的意义。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种安装简便、性能优良的用于石油钻井绞车设备的无线编码器及其编码算法设计方案。
[0006]通常对于编码信号的倍频处理，是在原有信号的基础上构造一定的相关信号，在外界计数时钟的触发下，同时对原信号和相关信号的边沿进行检测，从而实现倍频的效果。在目前常用的四倍频算法中，由于编码信号为A/B两路频率相同、相差90度的脉冲信号，对两路信号的上升沿和下降沿进行检测即在计数上表现出四倍频。在构造相关信号时，通常使用门电路将原信号取反，或者构造A ? B，这样虽然实现了四倍频计数，但由于原信号和相关信号有一个时间差、外界触发时钟周期与编码信号不一定是整数倍关系，在对信号边沿的计数过程中可能出现漏计或误计现象，导致精度损失。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种基于八倍频计数用于石油钻井绞车设备的编码方法，其是将两路相差90度的编码信号A和编码信号B使用外部触发计数时钟的上升沿构造六路相对编码信号A和编码信号B的延时信号，分别为延时信号A、延时信号Al、延时信号A2和延时信号B、延时信号B1、延时信号B2，其中延时信号Al相对延时信号A延时一个触发时钟周期、延时信号A2相对延时信号Al延时一个触发时钟周期，延时信号B、延时信号B1、延时信号B2间延时关系同理，由于绞车正转时脉冲到来的时间顺序为:从延时信号A —延时信号Al —延时信号A2—延时信号B—延时信号BI—延时信号B2 ;绞车反转时脉冲到来的时间顺序为:从延时信号B —延时信号BI —延时信号B2 —延时信号A —延时信号Al —延时信号A2，每种转向分别对应这六路信号的8种电平关系从而实现绞车设备编码信号的八倍频精确测量。
[0009]本发明的编码算法中，在ENC0DER_A/ENC0DER_B两路相差90度的原编码信号基础上，使用外部触发计数的时钟构造六路相对ENC0DER_A/ENC0DER_B的延时信号(A/A1/A2和B/B1/B2)，其中Al相对A延时一个触发时钟周期、A2相对Al延时一个触发时钟周期，B/B1/B2间延时关系同理，这样使信号边沿整齐、相对延时严格、稳定性高。由于绞车正转反转时分别对应这六路信号的8种电平关系，即脉冲到来的时间顺序分别为正转A/A1/A2/B/B1/B2和反转B/B1/B2/A/ A1/A2，通过对这些关系的判断带动编码计数器的加减计数，即可实现绞车设备转向判别及八倍频精确计数。具体逻辑如表1、公式I和公式2。
[0010]表1八倍频与方向检测逻辑表
【权利要求】
1.一种用于石油钻井绞车设备的编码方法，是基于八倍频计数用于石油钻井绞车设备的编码方法，其特征在于:将两路相差90度的编码信号A和编码信号B使用外部触发计数时钟的上升沿构造六路相对编码信号A和编码信号B的延时信号，分别为延时信号A、延时信号Al、延时信号A2和延时信号B、延时信号B1、延时信号B2，其中延时信号Al相对延时信号A延时一个触发时钟周期、延时信号A2相对延时信号Al延时一个触发时钟周期，延时信号B、延时信号B1、延时信号B2间延时关系同理；由于绞车正转时脉冲到来的时间顺序为:延时信号A —延时信号Al —延时信号A2 —延时信号B —延时信号BI —延时信号B2 ；绞车反转时脉冲到来的时间顺序为:延时信号B —延时信号BI —延时信号B2 —延时信号A —延时信号Al —延时信号A2,每种转向分别对应这六路信号的8种电平关系从而实现绞车设备编码信号的八倍频精确测量。
2.一种利用权利要求1所述的编码方法进行编码的无线编码器，其特征在于:该无线编码器包括编码测频模块、微处理模块、通信模块和电源模块共四个部分，其中编码测频模块包括电压隔离单元和编码测频计数单元，其接收来自石油钻井绞车设备的编码信号，该信号经过电压隔离单元后进入编码测频计数单元，并由编码测频单元进行八倍频计数和编码；微处理模块包括低功耗MCU、可电擦除可编程只读大容量存储器、时钟电路及拨码开关，其对无线编码器各模块之间的信息进行汇总和处理。
3.根据权利要求2所述的无线编码器，其特征在于:所述的通信模块的通信接口包括无线通信接口及RS485通信串口，两种接口均与微处理模块MCU采用总线形式连接，其中无线通信接口采用中功率无线传输模块及吸盘天线，工作于433MHz开放ISM频段免许可证使用；电源模块采用220交流电转直流以及24V电池组直接直流供电双模式。
4.根据权利要求2或3所述的无线编码器，其特征在于:所述的编码测频计数单元采用CPLD EPM240芯片完成编码八倍频高精度测频。
5.根据权利要求2或3所述的无线编码器，其特征在于:所述的低功耗MCU为MSP430系列单片机，所述的可电擦除可编程只读大容量存储器为AT24C1024芯片。
6.根据权利要求4所述的无线编码器，其特征在于:所述的低功耗MCU为MSP430系列单片机，所述的可电擦除可编程只读大容量存储器为AT24C1024芯片。
7.根据权利要求3或6所述的无线编码器，其特征在于:所述的中功率无线传输模块的型号为RFC-1100A。
8.根据权利要求4所述的无线编码器，其特征在于:所述的中功率无线传输模块的型号为 RFC-1IOOA0
9.根据权利要求5所述的无线编码器，其特征在于:所述的中功率无线传输模块的型号为 RFC-1IOOA0
【文档编号】G05B19/042GK103529731SQ201310470835
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月6日 优先权日:2013年10月6日
【发明者】喻言, 王洁, 黄思越, 宋阳 申请人:大连理工大学