基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统技术方案

一种基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统。为了克服现有液氮泡沫压裂泵车控制系统采用传统控制方式存在的不足，本实用新型专利技术的IQAN-MDM主控模块、IQAN-XP模块、IQAN-XT模块、触摸屏、柴油机组ECU、直燃蒸发器温控单元均有CAN接口，通过CAN总线连接组成分布式现场控制系统，安装压力传感器、温度传感器，实现电控系统的整体控制；IQAN-XP模块通过温度传感器、压力传感器测量采集压裂作业过程中设备的工作参数，采集数据通过CAN总线传输到IQAN-MDM主控模块中进行数据处理后显示到触摸屏上。其有益效果是所有的数据通过一根CAN总线输出到触摸屏显示，可靠性高，大大减少了车载系统经常出现的连接松动及接触不良等故障。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种油气开发施工设备液氮泡沫压裂泵车电控系统，尤其是涉及一种基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统。
技术介绍
液氮泡沫压裂泵车是泡沫压裂车组的核心设备，承担提供满足施工工艺需要的高压、大排量氮气的任务。液氮泡沫压裂泵车本身结构复杂，包括将液氮增压的泵注系统，将高压液氮转化成高压氮气的蒸发系统，维持液氮罐内压力平衡的管汇及节流和压力控制系统等；除此之外，液氮泡沫压裂泵车还包括动力系统，机械变速调速系统和运载系统。作为整车的控制系统，需要采集上述各系统的信号并按要求加以控制，由于设备复杂，决定了其控制系统具有如下特点(1)采集信号多传统的控制系统使用的信号线多，联接接头多，使得各种信号相互干扰；(2)传统的控制方式，每一路信号需要进行驱动放大，信号处理复 杂，影响到控制系统的品质；(3)直燃蒸发器内为高压、大流量液氮/氮气介质，压裂作业过程中，载荷变化导致温度大幅波动；(4)液氮泡沫压裂泵车属于野外作业的工程设备，现场作业条件恶劣，同时设备要具有在原始地貌条件下的移动性能，对各种连接的耐震性、环境适应性有特殊要求。
技术实现思路
为了克服现有液氮泡沫压裂泵车控制系统采用传统控制方式存在的不足，本技术提供一种基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统，该基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统提出了一种集成的控制技术，即采集液氮泵车的各种信号，通过主处理器处理，对液氮泵车进行控制，相应的电控系统将主控单元、输入/输出单元、电源及驱动放大集成在一起，并对数据进行统计、分析，实现在线监控，以及直燃蒸发器温度自动控制。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统包括温度传感器、压力传感器，电控系统的IQAN-MDM主控模块、IQAN-XP模块、IQAN-XT模块、触摸屏、柴油机组ECU、直燃蒸发器温控单元均有CAN接口，通过CAN总线连接组成分布式现场控制系统，安装压力传感器、温度传感器，实现电控系统的整体控制；IQAN-MDM主控模块是电控系统的主控制器，完成逻辑控制和复杂的数据运算处理；IQAN-XP模块通过温度传感器、压力传感器测量采集压裂作业过程中设备的工作参数，采集数据通过CAN总线传输到IQAN-MDM主控模块中进行数据处理后显示到触摸屏上。IQAN-MDM主控模块、IQAN-XP模块、IQAN-XT模块、触摸屏组成分布式CAN总线系统，实际压力、温度数据在CAN总线上双向传输，并显示在触摸屏上；可设置压力、温度控制参数的上限和下限，报警记录并进行声光报警。IQAN-XT模块与柴油机组E⑶通过CAN总线，以J1939协议通讯，获得柴油机组的工作参数，显示到触摸屏上，并能通过CAN总线控制柴油机的启动、停止，实施故障查询。温度传感器为热电偶，其中增压泵吸入口温度传感器、液氮泵吸入口温度传感器为N型，蒸发器氮气排出温度传感器为K型。K型热电偶温度传感器带冷端补偿电路；冷端补偿电路中采用集成温度传感器AD590检测环境温度，补偿电阻采用精度为+0. 1%，温度系数为25PPM / °C的精密电阻。直燃蒸发器温控单元包括点火变压器、紫外光敏管、火焰检测器、温度控制器、点火开关电磁阀、大火开关电磁阀。温度控制器基于S3C2410 (Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核的32位微控制器)的控制系统，采用芯片SJA1000扩展CAN总线接口，通过该接口连接到CAN总线，成为总线系统的一个节点，获得操作人员从触摸屏给定的设定温度及实测温度。温度控制器的一输出口连接点火变压器触发线圈，点燃蒸发器内的烧嘴；紫外光敏管连接火焰检测器，用于温度控制过程火焰检测，检测信号以闭合节点的形式连接到温度控制器的一输入口。温度控制器为脉冲调节控制，每个烧嘴系统由大流量烧嘴和点火烧嘴组成，点火烧嘴由点火开关电磁阀引燃后始终保持燃烧；温度控制器根据实测温度经PID运算后，通过一输出口调节固定周期内的大火开关电磁阀的导通时间调整供给燃油量，实现蒸发器温度自动控制。触摸屏为红狮G310人机交互终端，内置闪存卡扩展槽和USB 口 ；触摸屏配制CAN 总线接口模块，成为总线的一个节点；在实现压裂作业过程中运行参数显示、报警，控制参数的设定基础上，可以将数据存储到闪存卡中，并可通过USB 口高速下载，便于压裂作业完成后的数据分析。本技术的有益效果是,采用了 IQAN (Parker Hannif in,派克汉尼汾公司的一种电子控制系统)模块组成的分布式现场总线体系结构，IQAN内置驱动放大电路，具有高集成度的优点；IQAN-XP模块安装到测量传感器的附近，大大缩短了传感器信号线直接到操作台的长度，并避免了信号相互干扰带来的误差；所有的数据通过一根CAN总线输出到触摸屏显示，可靠性高，大大减少了车载系统经常出现的连接松动及接触不良等故障。该技术的另一个效果是，设计的直燃蒸发器温控单元，可实现压裂作业过程中的温度自动控制，不依赖操作人员的熟练程度，提高了安全性。附图说明图I为本技术基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统结构框图。图2为本技术基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统的温度测量原理图。图3为本技术基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统的直燃蒸发器温控单元结构框图。图中1. IQAN-MDM主控模块，2. IQAN-XP模块，3. IQAN-XT模块，4.触摸屏，5.柴油机组E⑶，6.直燃蒸发器温控单元，7.压力传感器，8.温度传感器，9.点火变压器，10.紫外光敏管，11.火焰检测器，12.温度控制器，13.点火开关电磁阀，14.大火开关电磁阀，15. CAN 总线。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本技术不限于所列出的具体实施方式，只要符合本专利技术的精神，都应该包括于本技术的保护范围内。参见图I。本专利技术基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统电控系统，IQAN-MDM主控模块UIQAN-XP模块2、IQAN-XT模块3、触摸屏4、柴油机组ECU (Eletronic ControlUnit电子控制单元)5、直燃蒸发器温控单元6均有CAN (Controller Area Network控制器局域网络)接口，通过CAN总线15连接组成分布式现场控制系统，安装压力传感器7、温度传感器8，采用CAN总线通讯，实现电控系统的整体控制。 IQAN-MDM主控模块I是电控系统的主控制器，完成逻辑控制和复杂的数据运算处理；IQAN-XP模块2通过温度传感器8、压力传感器7测量采集压裂作业过程中设备的工作参数，采集数据通过CAN总线15传输到IQAN-MDM主控模块I中进行数据处理后显示到触摸屏4上。IQAN-MDM主控模块I、IQAN-XP模块2、IQAN-XT模块3、触摸屏4组成的分布式CAN总线系统，实际压力、温度数据在CAN总线15上双向传输，并显示在触摸屏4上；可设置压力、温度控制参数的上限和下限，报警记录，并进行声光报警。IQAN-XT模块3与柴油机组E⑶5通过CAN总线15，以J1939协议通讯，获得柴油机组E⑶5的工作参数，显示到触摸屏4上，并能通过CAN总线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CAN总线的氮气泡沫压裂泵车电控系统，包括温度传感器、压力传感器，其特征是：电控系统的IQAN？MDM主控模块（1）、IQAN？XP模块（2）、IQAN？XT模块（3）、触摸屏（4）、柴油机组ECU（5）、直燃蒸发器温控单元（6）均有CAN接口，通过CAN总线（15）连接组成分布式现场控制系统，安装压力传感器（7）、温度传感器（8），实现电控系统的整体控制；所述IQAN？MDM主控模块（1）是电控系统的主控制器，完成逻辑控制和复杂的数据运算处理；所述IQAN？XP模块（2）通过温度传感器（8）、压力传感器（7）测量采集压裂作业过程中设备的工作参数，采集数据通过CAN总线（15）传输到IQAN？MDM主控模块（1）中进行数据处理后显示到触摸屏（4）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王树龙，徐刚，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海石油装备制造有限公司，
类型：实用新型
国别省市：