地层测试评价仪液压泵驱动电机在线监控系统

　　0 引 言

　　海洋石油钻井平台要对海底石油进行探测取样，所用的探测器是一个长达数十米的管型探测装置，即地层测试评价仪（Formation EvaluationTool,FET）[1].在探测装置中装有油泵、吸油咀、取样筒、单向电磁阀等机械执行机构，以及电机及其驱动器、电磁阀及其控制器、供电电源、传感器、信号变换器等多种电气部件。其中液压泵驱动电机是石油探测器的关键性部件，用于驱动仪器液压泵，提供液压动力完成仪器的各项机械动作。液压泵驱动电机的可靠性是非常重要的，它的良好运行是确保石油探测器装置正常运行的重要保证。目前，国内外对液压泵驱动电机的功能测试多采用分立组件来完成，每个组件只能对电机的单一参数进行评价，组件之间相互独立，无法实现综合功能的检测，且检测效率和自动化水平均较低，更重要的是很难保证在井下 150 ℃环境下可靠工作。该系统是基于石油勘测的实际应用背景和需求而进行立项开发的，可以在井下 150 ℃环境下对液压泵驱动电机的运行状态实时监控，有效保证仪器的可靠运行。

　　1 液压泵驱动电机在线监控需求

　　为了保证电机的正常、可靠运行，必须对电机的温度、转速、驱动电压、驱动电流等参数实时监测，保持各参数始终在规定的范围内。检测到参数要通过 CAN 总线与上位计算机通信，当参数超限后，立即报警，并进行相应保护。概括起来系统应具有如下功能和特点：（1）电机运行参数自动检测功能。包括电机温度检测、电机转速检测、电机驱动电压检测和电机驱动电流检测等；（2）具有输入过压、欠压，输出过流、过载、短路，过热，超速等多项保护功能； （3）具有 4 路直流电磁阀开通与关断的功能，用于电机保护控制。短时驱动电流大于 3 A（100 ms），持续驱动电流不小于 2A.驱动电流响应速度快，不大于 0. 3 ms;（4） 具有 CAN 通信功能，实现监测系统与主控制系统的通信，实监测系统接收主控制系统的各种命令，并将各种状态信息和故障信息反馈给主控制系统；（5）具有人机界面功能，实现控制与状态显示；（6）监控系统高温可靠性，确保系统在高温150 ℃ 井下环境可靠工作。

　　2 液压泵驱动电机在线监控系统技术方案和特点

　　2. 1 系统特点

　　测试系统采用全数字化测控设计，以DSPIC30F6010A 高速微型计算机为核心，通过工业现场总线实现数据通信和共享，能够实时检测和传递数据，实现多 CPU 之间的互通互联与数据共享，检测、控制、显示的实时性好，可靠性高。

　　测试系统具有极高的高温可靠性，确保系统在高温 150 ℃ 井下环境可靠工作。单片机采用Microchip 公司最先进的 16 位 （ 数据 ） 单片机DSPIC30F6010A;CAN 驱动器采用 TI 公司生产的一款低功耗串行 CAN 控制器 SN65HVD1040D;运放及其他电子元件均选择 150 ℃温度等级；此外系统还设计有风扇、散热器等；