专利名称：一种氢焰色谱仪测控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种属于石油钻井勘探领域中天然气的检测系统，具体涉及一种氢焰色谱仪测控系统。
背景技术：
目前，现有技术中用于石油钻井勘探现场对天然气进行分析检测的色谱仪，该色谱仪内设有样品泵、十通阀、点火装置，该样品泵、十通阀、点火装置是氢焰色谱仪中的常规装置，样品泵的作用是使气体在色谱柱中流动。十通阀用于切换色谱仪的工作状态，工作状态包含分析或反吹状态。点火装置则是用于在适当的时间点燃通入色谱仪中的样品气，使样品气离子化，以便进行后续工作。的分析周期从30秒到数分钟，且周期固定不能更改，该色谱仪中输入的被检测气体的压力还采用机械稳压阀来进行控制。现有技术的色谱仪设有样品泵、十通阀和点火装置，对通入色谱仪的被检测样本进行处理，以做出该被检测样品的色谱图。其缺点在于，在现场使用时很容易收到机械震动和环境温度变化的影响，导致气体输出压力发生变化。同时，由于对应用在勘探现场中的分析仪器要求较高，一般都采用国外的色谱分析仪，而国外的色谱分析仪价格昂贵、操作流程复杂，对现场操作人员的要求非常高，须是专业人员方可操作，现场应用有诸多不便。

实用新型内容本实用新型提供了一种氢焰色谱仪测控系统，实现色谱仪自动分析工作，提高系统的稳定性和可靠性，保证仪器整体性能，满足生产钻井现场的要求。为实现上述目的，本实用新型提供了一种氢焰色谱仪测控系统，其特点是，该系统包含处理模块；若干个电子压力控制器，其分别与处理模块双向电路连接；控制模块，其与处理模块双向电路连接；静电计模块，其输出端电路连接控制模块；若干个十通阀控制模块，其输入端分别电路连接控制模块；点火控制模块，其输入端电路连接控制模块；样品泵控制模块，其输入端电路连接控制模块；以及，温度控制模块，其与控制模块双向电路连接。上述的控制模块采用MSP单片机。上述的静电计模块包含分别与控制模块输入端电路连接的组分FID采集单元、轻烃FID采集单元和总烃FID采集单元。上述的点火控制模块包含分别与控制模块的输出端电路连接的组分点火控制单元、轻烃点火控制单元和总烃点火控制单元。上述的温度控制模块包含与控制模块的输入端电路连接的温度检测装置，以及与
3控制模块输出端电路连接的加热装置。上述的温度控制模块控制温度的控制周期为4秒。上述的处理模块采用嵌入式PC计算机。上述的处理模块通过RS232通讯连接控制模块。上述的处理模块通过RS485通讯连接电子压力控制器。控制模块静电计模块和温度控制模块实时检测数据传输至处理模块，处理模块根据数据向控制模块发送控制命令。控制模块根据命令控制点火控制模块、十通阀控制模块、 样品泵控制模块，以及温度控制模块的运作，保证色谱仪正常自动工作。处理模块还实时通过与电子压力控制器进行数据交换，通过电子压力控制器精确控制色谱仪中气体的压力。本实用新型一种氢焰色谱仪测控系统和现有技术相比，其优点在于，本实用新型采用了嵌入式PC计算机的处理模块和MSP单片机的控制模块，由嵌入式PC计算机控制MSP 单片机对色谱仪进行测控，将分析、控制、数据处理整合在一起，快速处理各种系统信息，为石油钻井勘探领域中天然气的实时测量提供了科学依据，并实现全自动色谱仪分析工作， 正常运行期间不需人为操作；本实用新型采用了电子压力控制器来进行气体压力控制，控制效果相比现有技术的机械稳压阀更加稳定、可靠；本实用新型采用的静电计模块采用了高精度FID采集调理单元，更好地保证了仪器整体性能；本实用新型由嵌入式PC计算机设置其主板的工作周期，即总分析周期时间，该主板依据设置的周期时间控制十通阀工作(通过RS232通讯)，最终实现两种分析周期的操作， 实现能在一台氢焰色谱仪中实现两种分析周期。

图1为本实用新型一种氢焰色谱仪测控系统的结构示意图。
具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型的具体实施例。本实施例中说明了一种氢焰色谱仪测控系统，用于在石油钻井勘探的过程中对氢焰色谱仪进行实时监测和控制，实现氢焰色谱仪自动运作测定Cl-nC8组分，并在运作工程中不受外界环境的影响。如图1所示，一种氢焰色谱仪测控系统包含控制模块1、四个电子压力控制器2、 处理模块3、静电计模块4、点火控制模块5、两个十通阀控制模块6、样品泵控制模块7，以及温度控制模块8。四个电子压力控制器2分别通过RS485通讯与处理模块3双向电路连接。控制模块1通过RS232通讯与处理模块3双向电路连接。静电计模块4的输出端电路连接控制模块1的输入端。两个十通阀控制模块6的输入端分别电路连接控制模块1的输出端。点火控制模块5的输入端电路连接控制模块1的输出端。样品泵控制模块7的输入端电路连接控制模块1的输出端。温度控制模块8与控制模块1双向电路连接。控制模块1为MSP单片机，本实施例中控制模块1采用的是DSPIC系列的单片机。控制模块1接收静电计模块4和温度控制模块8的火焰离子化检测信息和色谱仪箱体内温度检测信息，并传输至处理模块3。控制模块1还通过RS232接收处理模块3反馈的控制命令，控制模块1实时处理并根据该控制命令控制上述的点火控制模块5、两个十通阀控制模块6、样品泵控制模块7，以及温度控制模块8的运作。点火控制模块5的输入端与控制模块1的MSP单片机的IO 口电路连接，通过MSP 单片机的IO 口的输出功能来实现，其输出端连接色谱仪中的点火装置。点火控制模块5包含分别与控制模块1的输出端电路连接的组分点火控制单元51、轻烃点火控制单元52和总烃点火控制单元53。点火控制模块5的作用是通过组分点火控制单元51控制色谱仪中点火装置组分点火、轻烃点火控制单元52控制色谱仪中点火装置轻烃点火，以及总烃点火控制单元53控制色谱仪中点火装置总烃点火，在适当的时间点燃通入色谱仪中的样品气，使样品气离子化，以进行后续的色谱分析工作。每个点火控制单元包含有ASSR1510光耦，与该ASSR1510光耦的输出端电路连接的G2R机械继电器，ASSR1510光耦的输入端与控制模块1的MSP单片机的IO 口电路连接。点火控制模块5通过MSP单片机的IO 口的输出功能来实现，由MSP单片机的IO 口控制ASSR1510光耦，进而控制G2R机械继电器，G2R机械继电器输出端连接色谱仪中的点火装置，控制点火装置的运作。本实施例中，两个十通阀控制模块6的输入端分别与控制模块1的MSP单片机的 IO 口电路连接，通过MSP单片机的IO 口的输出功能来实现，其输出端分别连接色谱仪中的两路十通阀，根据控制模块1发出的信号对十通阀进行控制。本实施例中十通阀控制模块 6和十通阀采用Vici电动十通阀，该Vici电动十通阀与控制模块1的MSP单片机的IO 口通过RS232进行通讯。该两个十通阀控制模块6的作用是分别控制色谱仪内的两路十通阀，让色谱仪的系统进入气体分析、反吹两种状态，最终将被测的样品气各组份在色谱仪中的色谱柱达到分离。样品泵控制模块7的输入端与控制模块1的MSP单片机的IO 口电路连接，通过 MSP单片机的IO 口的输出功能来实现，其输出端连接色谱仪中的样品泵。样品泵控制模块 7包含有ASSR1510光耦，以及与该ASSR1510光耦电路连接的AQ8固态继电器。样品泵控制模块7根据控制模块1发出的信号对样品泵进行控制，由MSP单片机的IO 口控制ASSR1510 光耦，进而控制AQ8固态继电器，样品泵的输入端与AQ8固态继电器的输出相连，由AQ8固态继电器控制样品泵的运作。样品泵控制模块7的作用是让样品气在适当的时间通过样品泵进入色谱仪的处理系统，以便进行后续工作，保证色谱仪对样品气检测的准确性。温度控制模块8包含设置在色谱仪箱体中的温度检测装置81和加热装置82。温度检测装置81的输出端与控制模块1的MSP单片机的IO 口电路连接，实时检测色谱仪箱体中的温度，传输至控制模块1。控制模块1接收温度检测装置81所检测的色谱仪箱体中的温度信息，通过RS232 以IS的周期时间周期性向处理模块3发送实时温度值，由处理模块3处理该数据，据此获得色谱仪的实时温度，可及时判断色谱仪箱体内部的温度是否正常。同时，控制模块1还通过PID温度控制方法，根据温度检测装置81的温度检测信息对加热装置82进行控制，并控制其加热时间。加热装置82采用设置在色谱仪箱体内的加热棒，其输入端与控制模块1的MSP单片机的IO 口电路连接，通过MSP单片机的IO 口的输出功能来实现。控制模块1接收温度，[0040]其中，控制模块1控制加热装置82进行温度控制的周期时间为4s，由于温度控制具有滞后大的特点，控制周期过短或过长都将影响控制效果，因此，本专利中经多次试验比较，最终采用的温度控制周期为4S。PID温度控制方法是指控制模块1的单片机中事先设定有温度设定值，通过控制模块ι接收温度检测装置81所检测得的实际温度值后，比较温度设定值和实际温度值，利用其偏差来控制加热装置82的加热时间，从而达到精确控制温度的目的。当实际温度值和温度设定值的差值在士0. 3%的范围内以后停止加热，实现色谱仪箱体内的温度保持恒定。静电计模块4设置在色谱仪中，其输出端连接控制模块1。静电计模块4采用的是型号为SK-FID-02-VER302专用的高精度FID采集调理单元。该静电计模块4包含分别与控制模块1输入端电路连接的组分FID采集单元41、轻烃FID采集单元42和总烃FID采集单元43。该3路FID采集单元，即静电计模块4周期性的检测色谱仪的电压参数，并发送至控制模块1，控制模块1及时将该数据发送至处理模块3，由处理模块3处理该数据，获得氢焰色谱仪目前的工作状态。FID (flame ionization detector，火焰离子化检测仪)是指气体色谱检测仪中对烃类(如丁烷，己烷)灵敏度的一种手段，广泛用于挥发性碳氢化合物和许多含炭化合物的检测。FID用氢气作为燃烧气，其中掺有氦气，氮气等洗脱剂，在一个圆筒状的电极里的喷嘴处燃烧。喷嘴与电极间电压高达几百伏，当含碳溶质在喷嘴处燃烧时，产生的电子/离子对被喷嘴和电极处收集起来产生电流，该电流被放大并传送到记录仪或电脑数据采集系统。电子压力控制器2的型号为SK-EPC2-VER102。本实施例中，四个电子压力控制器 2分别接收处理模块3的命令，根据处理模块3的命令控制色谱仪中空气、总烃氢气、组分氢气和样品气的压力。处理模块3采用嵌入式PC计算机。本实施例中，其采用型号为PC104的嵌入式计算机。处理模块3通过RS485通讯与四个电子压力控制器2连接并进行数据交换，直接控制四路电子压力控制器2来控制色谱仪中空气、总烃氢气、组分氢气和样品气的压力。处理模块3还接收控制模块1发送的检测信息，该检测信息包含静电计模块4检测的FID数据， 以及温度控制模块8检测的色谱仪内温度信息。处理模块3通过RS232向控制模块1发送控制命令，控制点火控制模块5、两个十通阀控制模块6、样品泵控制模块7，以及温度控制模块8的运作。以下说明本实用新型一种氢焰色谱仪测控系统的工作原理静电计模块4通过3路FID采集单元(组分FID采集单元41、轻烃FID采集单元 42和总烃FID采集单元43)实时检测色谱仪的工作状态，并发送至控制模块1。控制模块 1将上述的FID数据通过RS232传输至处理模块3，处理模块3接收该信息后，根据FID数据所显示的色谱仪工作状态，向控制模块1发送控制命令。控制模块1接收处理模块3的控制命令后，根据命令控制点火控制模块5、十通阀控制模块6和样品泵控制模块7的运作。点火控制模块5控制色谱仪的点火装置在适当的时间点燃通入色谱仪中的样品气，使样品气离子化，以进行后续的色谱分析工作。十通阀控制模块6控制色谱仪内的两路十通阀，让色谱仪的系统进入气体分析、反吹两种状态，最终将被测的样品气各组份在色谱仪中的色谱柱达到分离。样品泵控制模块7控制色谱仪中的在适当的时间通过样品泵进入色谱仪的处理系统，以便进行后续工作。同时，温度控制模块8的温度检测装置81实时检测色谱仪箱体中的温度，并发送至控制模块1。控制模块1在温度检测装置81检测到色谱仪内实施温度后，比较温度实际值和设定值之间的差，实时进行加热控制，以4秒的温度控制周期，根据控制命令控制加热装置82进行加热以及控制其加热时间，实现精确控制色谱仪的箱体内的温度。控制模块1 并将色谱仪内实时温度信息通过RS232传输至处理模块3，处理模块3根据温度信息实时监控色谱仪工作温度是否正常。处理模块3还实时通过RS485通讯与四个电子压力控制器2进行数据交换，直接控制四路电子压力控制器2来控制色谱仪中空气、总烃氢气、组分氢气和样品气的压力。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，该系统包含 处理模块(3)；若干个电子压力控制器(2 )，其分别与所述的处理模块(3 )双向电路连接； 控制模块(1 )，其与所述的处理模块(3)双向电路连接； 静电计模块(4)，其输出端电路连接所述的控制模块(1)； 若干个十通阀控制模块(6)，其输入端分别电路连接所述的控制模块(1)； 点火控制模块(5 )，其输入端电路连接所述的控制模块(1)； 样品泵控制模块(7)，其输入端电路连接所述的控制模块(1)；以及， 温度控制模块(8 )，其与所述的控制模块(1)双向电路连接。
2.如权利要求1所述的氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，所述的控制模块(1)采用 MSP单片机。
3.如权利要求2所述的氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，所述的静电计模块(4)包含分别与所述的控制模块(1)输入端电路连接的组分FID采集单元(41)、轻烃FID采集单元 (42)和总烃FID采集单元(43)。
4.如权利要求2所述的氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，所述的点火控制模块(5)包含分别与所述的控制模块(1)的输出端电路连接的组分点火控制单元(51)、轻烃点火控制单元(52)和总烃点火控制单元(53)。
5.如权利要求2所述的氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，所述的温度控制模块(8)包含与控制模块(1)的输入端电路连接的温度检测装置(81)，以及与控制模块(1)输出端电路连接的加热装置(82)。
6.如权利要求5所述的氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，所述的温度控制模块(8)控制温度的控制周期为4秒。
7.如权利要求1所述的氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，所述的处理模块(3)采用嵌入式PC计算机。
8.如权利要求7所述的氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，所述的处理模块(3)通过 RS232通讯连接所述的控制模块(1)。
9.如权利要求7所述的氢焰色谱仪测控系统，其特征在于，所述的处理模块(3)通过 RS485通讯连接所述的电子压力控制器(2)。
专利摘要本实用新型公开了一种氢焰色谱仪测控系统，该系统包含处理模块；若干个电子压力控制器，其分别与处理模块双向电路连接；控制模块，其与处理模块双向电路连接；静电计模块，其输出端电路连接控制模块；若干个十通阀控制模块，其输入端分别电路连接控制模块；点火控制模块，其输入端电路连接控制模块；样品泵控制模块，其输入端电路连接控制模块；以及，温度控制模块，其与控制模块双向电路连接。本实用新型的处理模块和控制模块采用嵌入式PC和MSP单片机，对色谱仪进行测控，将分析、控制、数据处理整合在一起，快速处理各种系统信息，实现全自动色谱仪分析工作，正常运行期间不需人为操作。
文档编号G01N30/02GK202196046SQ20112034668
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者吴冠玮, 毕东杰 申请人:上海神开石油化工装备股份有限公司, 上海神开石油设备有限公司