无线传感器网络在钻井泥浆泵监测中的应用

作     者：王述坤 

作者单位：湖北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨光友

授予年度：2013年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 082001[工学-油气井工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 0802[工学-机械工程] 

主      题：泥浆泵 无线传感器网络 振动监测 CC2430 Labview 

摘      要：泥浆泵是油田钻井中很重要的设备，其在生产中发生的故障会严重影响油田钻井的安全和生产效益。传统的泥浆泵监测技术通过有线方式采集泥浆泵的振动信号，通过分析振动信号来判断泥浆泵故障位置，这种方式下测点传感器与信号采集设备间需要电缆线连接。然而，由于井场环境复杂，传感器布线困难或成本过高，电缆的故障或损坏直接影响监测系统的使用。 针对有线监测方式的缺点，本文提出利用无线传感器网络采集和传输振动信号，与有线方式相比省去布线的过程，减少了监测环境对传感器的限制，应用更加灵活方便。本文主要从以下几个方面进行研究：(1)分析了泥浆泵的结构、主要故障位置，为传感器监测位置布点打下了基础。(2)根据振动监测系统的实际需求，设计了基于Zigbee无线传感器网络的振动信号采集系统总体方案，分析了监测系统需要考虑解决的实际问题。(3)以低功耗为原则，选取了加速度传感器ADXL345、无线通信芯片CC2430，搭建了监测节点硬件平台。(4)基于TI公司的Z-Stack协议栈，组建了具有树形拓扑结构的无线传感器网络，实现了监测节点的数据采集和传输的软件设计。(5)鉴于所采集振动信号的数据量较大，将动态霍夫曼数据压缩算法移植到Z-Stack协议栈，有效地压缩数据传输量。(6)设计了基于Labview的监测界面，实现了汇聚节点与PC机之间的串行通信及数据的存储、查询、波形显示、时域分析、频域分析等功能。