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一种石油采集教学模型

阅读:688发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种石油采集教学模型专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种石油采集教学模型,包括集油箱、油井、抽油 泵 、控制板、 人机交互 模 块 和液位变送器。油井的下端与集油箱的底部密封连接;油井竖直均布有若干个通孔,通孔用于油从集油箱向油井内渗透;油井内壁固定有抽油泵;进油口软管固定于油井的内壁,一端与抽油泵的进油口连接,另一端延伸至油井的底端;出油口软管固定于油井的内壁,一端与抽油泵的出油口连接,另一端沿着油井的内壁向上延伸至油井外并固定于集油箱的内壁;液位变送器安装于油井的底部;控制板分别与抽油泵、液位变送器和人机交互模块连接。本模型可直观地演示石油采集过程中的间歇控制,便于理解石油采集的闭环控制过程,具有较好的操作性。,下面是一种石油采集教学模型专利的具体信息内容。

1.一种石油采集教学模型,其特征在于该模型包括集油箱、油井、抽油、控制板、人机交互和液位变送器;
所述油井的下端与集油箱的底部密封连接;所述油井竖直均布有若干个通孔,通孔用于油从集油箱向油井内渗透;油井内壁固定安装有抽油泵;所述进油口软管固定于油井的内壁,一端与抽油泵的进油口连接,另一端延伸至油井的底端;所述出油口软管固定于油井的内壁,一端与抽油泵的出油口连接,另一端沿着油井的内壁向上延伸至油井外并固定于集油箱的内壁;所述液位变送器安装于油井的底部,用于检测液位信号并将检测到的液位信号发送至控制板;所述控制板分别与抽油泵、液位变送器和人机交互模块连接,用于对液位变送器供电以及读取液位值,对人机交互模块供电以及进行串口通信,对抽油泵供电以及控制抽油泵的转速。
2.根据权利要求1所述的石油采集教学模型,其特征在于该模型还包括温度传感器;所述温度传感器安装于油井的底部,用于检测温度信号并将检测到的温度信号发送至控制板;所述控制板与温度传感器连接,用于对温度传感器供电以及读取温度值。
3.根据权利要求1或2所述的石油采集教学模型,其特征在于所述集油箱为长宽高均为
0.4m的正方体透明箱体,上端开口;所述油井为外径10cm、内径8cm的透明圆柱体,上端开口。
4.根据权利要求1或2所述的石油采集教学模型,其特征在于油井竖直方向从上到下均匀分布有四个直径5mm的通孔10。
5.根据权利要求1或2所述的石油采集教学模型,其特征在于所述控制板包括主控芯片、电源电路电机制芯片和输入输出端子;主控芯片采用STM32F103RCT6芯片;电源电路包括电压转换器一和电压转换器二;电压转换器一采用ASM1117-5芯片,电压转换器二采用ASM1117-3.3芯片;电机控制芯片采用L298N芯片;所述输入输出端子包括电源输入端VCC、电源地、+5V端、TXD端、RXD端、输出端OUT1和输出端OUT2。
6.根据权利要求5所述的石油采集教学模型,其特征在于控制板的电路构成是:所述输入输出端子的电源输入端VCC接12V电源输入,输入输出端子的电源地接输入电源的地;电解电容C2并联电容C3后,电解电容C2正极接输入输出端子的电源输入端VCC,负极接输入输出端子的电源地;ASM1117-5的Vin引脚接输入输出端子的电源输入端VCC;ASM1117-5的GND引脚接输入输出端子的电源地;ASM1117-5的Vout引脚接输入输出端子的+5V端;电解电容C1并联电容C6后,电解电容C1正极接输入输出端子的+5V端,负极接输入输出端子的电源地;ASM1117-3.3的Vin引脚接输入输出端子的+5V端,ASM1117-3.3的GND引脚接输入输出端子的电源地;电解电容C5并联电容C4后,电解电容C5正极接ASM1117-3.3的Vout引脚,负极接输入输出端子的电源地;
L298N的VSS引脚接输入输出端子的电源输入端VCC,L298N的VS引脚接输入输出端子的+5V端,L298N的OUT1引脚接输入输出端子的输出端OUT1,L298N的OUT2引脚接输入输出端子的输出端OUT2,L298N的IN1引脚接STM32F103RCT6的PA6引脚,L298N的IN2引脚接输入输出端子的电源地,L298N的ENA引脚接输入输出端子的+5V端,L298N的GND引脚接输入输出端子的电源地;
STM32F103RCT6的VDD_1、VDD_2、VDD_3和VDD_4引脚接ASM1117-3.3的Vout引脚,STM32F103RCT6的VSS_1、VSS_2、VSS_3、VSS_4和VSSA引脚接输入输出端子的电源地;
STM32F103RCT6的VDDA引脚串联电容C9后接输入输出端子的电源地,STM32F103RCT6的VDDA引脚串联电容C10后接输入输出端子的电源地,STM32F103RCT6的VDDA引脚串联电阻R3后接ASM1117-3.3的Vout引脚;STM32F103RCT6的PB2引脚和BOOT0引脚均接输入输出端子的电源地;按键RESET1与电容C11并联后,一端分别接STM32F103RCT6的NRST引脚和电阻R2的一端,另一端接输入输出端子的电源地;电阻R2的另一端接ASM1117-3.3的Vout引脚;电阻R1与无源晶振Y1并联后,一端接STM32F103RCT6的PD0-OSC_IN引脚,另一端接STM32F103RCT6的PD1-OSC_OUT引脚;STM32F103RCT6的PD0-OSC_IN引脚串联电容C7后接输入输出端子的电源地,PD1-OSC_OUT引脚串联电容C8后接输入输出端子的电源地;STM32F103RCT6的PA10引脚接输入输出端子的TXD端,STM32F103RCT6的PA9引脚接输入输出端子的RXD端。
7.根据权利要求5或6所述的石油采集教学模型,其特征在于所述温度传感器采用型号为DS18B20的数字型温度传感器;温度传感器的红色电源线接控制板的输入输出端子的+5V端,黑色电源线接控制板的输入输出端子的电源地,黄色信号线接控制板的主控芯片STM32F103RCT6的PA2引脚。
8.根据权利要求5或6所述的石油采集教学模型,其特征在于所述抽油泵为额定电压
12V、流量800ml/min的蠕动泵;所述抽油泵与控制板的电机控制芯片L298N连接;抽油泵的电源正极与电源负极分别接控制板的输入输出端子的输出端OUT1与输出端OUT2。
9.根据权利要求5或6所述的石油采集教学模型,其特征在于所述人机交互模块采用迪文DGUS组态触摸屏;人机交互模块的RXD端接控制板的输入输出端子的TXD端,人机交互模块的TXD端接控制板的输入输出端子的RXD端,人机交互模块的电源输入端接控制板的输入输出端子的电源输入端VCC,人机交互模块的电源地接控制板的输入输出端子的电源地。
10.根据权利要求5或6所述的石油采集教学模型,其特征在于所述液位变送器采用量程为0-1m、输出为0-5V的液位变送器;液位变送器的红色电源线接控制板的输入输出端子的+5V端,黑色电源线接控制板的输入输出端子的电源地,蓝色信号线接控制板的主控芯片STM32F103RCT6的PA5引脚。

说明书全文

一种石油采集教学模型

技术领域

[0001] 本发明涉及教学模型,具体是一种石油采集教学模型。

背景技术

[0002] 石油开采过程复杂,且分为陆上采油与海上采油,不同的环境下采油方式也不尽相同。目前,没有具有较强演示功能与较强可操作性的教学仪器,用来演示石油采集的过程。
[0003] 申请号201520629521.3的文献公开了一种石油采集教具模型,适用于儿童教学,但该模型只是抽油机的简单机械模型,并不涉及石油采集过程。申请号201810150059.7的文献公开了一种石油开采机演示教具,也只是抽油机的机械模型,模型更加复杂,同样并不涉及石油采集过程。
[0004] 所以,需要一种石油采集的教学仪器,能够较为形象的演示石油采集的闭环控制过程,并且有较好的操作性,可以提高学生的动手实践的能,来解决上述问题。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足,本发明拟解决的技术问题是,提供一种石油采集教学模型。
[0006] 本发明解决所述技术问题的技术方案是,提供一种石油采集教学模型,其特征在于该模型包括集油箱、油井、抽油、控制板、人机交互和液位变送器;
[0007] 所述油井的下端与集油箱的底部密封连接;所述油井竖直均布有若干个通孔,通孔用于油从集油箱向油井内渗透;油井内壁固定安装有抽油泵;所述进油口软管固定于油井的内壁,一端与抽油泵的进油口连接,另一端延伸至油井的底端;所述出油口软管固定于油井的内壁,一端与抽油泵的出油口连接,另一端沿着油井的内壁向上延伸至油井外并固定于集油箱的内壁;所述液位变送器安装于油井的底部,用于检测液位信号并将检测到的液位信号发送至控制板;所述控制板分别与抽油泵、液位变送器和人机交互模块连接,用于对液位变送器供电以及读取液位值,对人机交互模块供电以及进行串口通信,对抽油泵供电以及控制抽油泵的转速。
[0008] 与现有技术相比,本发明有益效果在于:
[0009] 1、本模型可形象直观地演示石油采集过程中的间歇控制,便于学员理解石油采集的闭环控制过程,具有较好的操作性,可以提高学生的动手实践的能力。
[0010] 2、整个教学模型各个部分均可单独通过相关调试软件硬件进行调试,如使用串口调试助手观察人机交互模块与主控芯片之间的通信,通过示波器观察主控芯片输出波形占空比等。配合实验手册,便于学员理解各个部分的工作原理。
[0011] 3、油井壁打有通孔,集油箱中的油可由通孔渗入油井,可形象地模拟原油渗入油井的过程。
[0012] 4、人机交互模块可对油井状态进行实时监控,可随时更改控制参数,提高了人与模型之间的交流性。附图说明
[0013] 图1为本发明一种实施例的整体结构示意图;
[0014] 图2为本发明一种实施例的控制板的主控芯片原理图;
[0015] 图3为本发明一种实施例的控制板的电源电路原理图;
[0016] 图4为本发明一种实施例的控制板的电机制芯片原理图。
[0017] 图中:1、集油箱;2、油井;3、温度传感器;4、抽油泵;5、进油口软管;6、出油口软管;7、控制板;8、人机交互模块;9、液位变送器;10、通孔。

具体实施方式

[0018] 下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明,不限制本申请权利要求的保护范围。
[0019] 本发明提供了一种石油采集教学模型(简称模型,参见图1),其特征在于该模型包括集油箱1、油井2、温度传感器3、抽油泵4、控制板7、人机交互模块8和液位变送器9;
[0020] 所述油井2的下端与集油箱1的底部密封连接;所述油井2竖直均布有若干个通孔10(本实施例是油井2竖直方向从上到下均匀分布有四个直径5mm的通孔10),通孔10用于油从集油箱1向油井2内渗透;油井2内壁固定安装有抽油泵4;所述进油口软管5固定于油井2的内壁,一端与抽油泵4的进油口连接,另一端延伸至油井2的底端;所述出油口软管6固定于油井2的内壁,一端与抽油泵4的出油口连接,另一端沿着油井2的内壁向上延伸至油井外并固定于集油箱1的内壁;所述温度传感器3与液位变送器9安装于油井2的底部,分别用于检测液位信号与温度信号并将检测到的液位信号与温度信号发送至控制板7;所述控制板7分别与温度传感器3、抽油泵4、液位变送器9和人机交互模块8连接,用于对温度传感器3和液位变送器9供电以及读取温度值与液位值,对人机交互模块8供电以及进行串口通信,对抽油泵4供电以及控制抽油泵4的转速;人机交互模块8通过串口通信与控制板7连接,人机交互模块8的界面包括信息显示界面与控制参数修改界面;所述信息显示界面显示控制板7发送的液位与温度以及控制参数信息;控制参数修改界面可修改控制参数并将修改后的参数发送至控制板7。
[0021] 所述集油箱1为长宽高均为0.4m的正方体透明箱体,上端开口。
[0022] 所述油井2为外径10cm、内径8cm的透明圆柱体,上端开口。
[0023] 所述控制板7包括主控芯片(如图2所示)、电源电路(如图3所示)、电机控制芯片(如图4所示)、输入输出端子和使它们正常工作的相应外围电路;主控芯片采用STM32F103RCT6芯片;电源电路包括电压转换器一和电压转换器二;电压转换器一采用ASM1117-5芯片,电压转换器二采用ASM1117-3.3芯片;电机控制芯片采用L298N芯片;所述输入输出端子包括电源输入端VCC、电源地、+5V端、TXD端、RXD端、输出端OUT1和输出端OUT2。
[0024] 控制板7的电路构成是:所述输入输出端子的电源输入端VCC接12V电源输入,输入输出端子的电源地接输入电源的地;电解电容C2并联电容C3后,电解电容C2正极接输入输出端子的电源输入端VCC,负极接输入输出端子的电源地;ASM1117-5的Vin引脚接输入输出端子的电源输入端VCC;ASM1117-5的GND引脚接输入输出端子的电源地;ASM1117-5的Vout引脚接输入输出端子的+5V端;电解电容C1并联电容C6后,电解电容C1正极接输入输出端子的+5V端,负极接输入输出端子的电源地;ASM1117-3.3的Vin引脚接输入输出端子的+5V端,ASM1117-3.3的GND引脚接输入输出端子的电源地;ASM1117-3.3的Vout引脚输出3.3V电压,为单片机最小系统(即主控芯片)供电;电解电容C5并联电容C4后,电解电容C5正极接ASM1117-3.3的Vout引脚,负极接输入输出端子的电源地;
[0025] L298N的VSS引脚接输入输出端子的电源输入端VCC,L298N的VS引脚接输入输出端子的+5V端,L298N的OUT1引脚接输入输出端子的输出端OUT1,L298N的OUT2引脚接输入输出端子的输出端OUT2,L298N的IN1引脚接STM32F103RCT6的PA6引脚,L298N的IN2引脚接输入输出端子的电源地,L298N的ENA引脚接输入输出端子的+5V端,L298N的GND引脚接输入输出端子的电源地;
[0026] STM32F103RCT6的VDD_1、VDD_2、VDD_3和VDD_4引脚接ASM1117-3.3的Vout引脚,STM32F103RCT6的VSS_1、VSS_2、VSS_3、VSS_4和VSSA引脚接输入输出端子的电源地;STM32F103RCT6的VDDA引脚串联电容C9后接输入输出端子的电源地,STM32F103RCT6的VDDA引脚串联电容C10后接输入输出端子的电源地,STM32F103RCT6的VDDA引脚串联电阻R3后接ASM1117-3.3的Vout引脚;STM32F103RCT6的PB2引脚和BOOT0引脚均接输入输出端子的电源地;按键RESET1与电容C11并联后,一端分别接STM32F103RCT6的NRST引脚和电阻R2的一端,另一端接输入输出端子的电源地;电阻R2的另一端接ASM1117-3.3的Vout引脚;电阻R1与无源晶振Y1并联后,一端接STM32F103RCT6的PD0-OSC_IN引脚,另一端接STM32F103RCT6的PD1-OSC_OUT引脚;STM32F103RCT6的PD0-OSC_IN引脚串联电容C7后接输入输出端子的电源地,PD1-OSC_OUT引脚串联电容C8后接输入输出端子的电源地;STM32F103RCT6的PA10引脚接输入输出端子的TXD端,STM32F103RCT6的PA9引脚接输入输出端子的RXD端。
[0027] 电解电容C1、C2和C5为10μF;瓷片电容C3、C4和C6为4.7μF;瓷片电容C7和C8为22pF;瓷片电容C9为10μF;瓷片电容C10和C11为0.1μF;贴片电阻R1和R2为10KΩ;贴片电阻R3为10Ω;无源晶振Y1为8MHz晶振。
[0028] 所述温度传感器3采用型号为DS18B20的数字型温度传感器;所述温度传感器3与控制板7的主控芯片连接;温度传感器3的红色电源线接控制板7的输入输出端子的+5V端,黑色电源线接控制板7的输入输出端子的电源地,黄色信号线接控制板7的主控芯片的PA2引脚。
[0029] 所述抽油泵4为额定电压12V、流量800ml/min的蠕动泵;所述抽油泵4与控制板7的电机控制芯片连接;抽油泵4的电源正极与电源负极分别接控制板7的输入输出端子的输出端OUT1与输出端OUT2;
[0030] 所述人机交互模块8采用迪文DGUS组态触摸屏;人机交互模块8的RXD端接控制板7的输入输出端子的TXD端,人机交互模块8的TXD端接控制板7的输入输出端子的RXD端,人机交互模块8的电源输入端接控制板7的输入输出端子的电源输入端VCC,人机交互模块8的电源地接控制板7的输入输出端子的电源地。
[0031] 所述液位变送器9采用量程为0-1m、输出为0-5V的液位变送器;所述液位变送器9均与控制板7的主控芯片连接;液位变送器9的红色电源线接控制板7的输入输出端子的+5V端,黑色电源线接控制板7的输入输出端子的电源地,蓝色信号线接控制板7的主控芯片的PA5引脚。
[0032] 电路中的所有地共地。
[0033] 本发明的工作原理和工作流程是:
[0034] 开始时,PID参数均为0,此时控制板7的主控芯片控制量为0、输出波形占空比为0,抽油泵4不工作;
[0035] 然后通过人机交互模块8的控制参数修改界面设定控制参数(控制参数包括设定液位高度以及PID参数的比例(P)、积分(I)、微分(D)值);设定后将控制参数发送给控制板7的主控芯片,主控芯片接收控制参数,然后根据液位变送器9采集并发送来的当前液位高度与设定液位高度进行比较,计算出偏差量(当前液位高度与设定液位高度的差值),再利用偏差量通过增量式PID算法计算出控制量;然后根据控制量调节输出波形占空比,将输出波形占空比发送至控制板7的电机控制芯片(例如,主控芯片中设定输出波形占空比的分母为1000,计算得出的控制量为500,则输出波形的占空比就为50%);电机控制芯片根据输出波形占空比来调节输出电压,抽油泵4的抽油速度根据输出电压的变化而变化,从而控制抽油泵4抽油的速度;
[0036] 抽油泵4在将油井2内的油抽出到集油箱1内的同时,集油箱1中的油也通过油井2壁上的通孔10进入油井2。在人机交互模块8的信息显示界面可以看到液位的变化曲线、当前温度(温度传感器3采集的)和控制参数。最终使得油井2内的液位与设定液位高度相等,抽油泵4的抽油速度与集油箱1向油井2内渗油的速度相等,达到动态平衡,从而展示了采油的整个过程。
[0037] 本发明未述及之处适用于现有技术。
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