專利名稱：基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的RTU油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的井場(chǎng)RTU油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
每一個(gè)油田都擁有眾多的油氣井，并且分布在山川曠野里，油氣井的管理方式多為人工每日值守，定時(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行情況，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。這種方式增加了用工人數(shù)，加大了護(hù)井工勞動(dòng)強(qiáng)度，最重要的是影響對(duì)設(shè)備的監(jiān)控。當(dāng)抽油機(jī)、電泵出現(xiàn)微小故障時(shí)，往往很難被人工及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而得不到有效地防護(hù)與控制。為了能有效地發(fā)現(xiàn)油井、地層、油藏的變化，可用油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，通過在抽油機(jī)上安裝位移傳感器和載荷傳感器，檢測(cè)抽油機(jī)的工況，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)抽油機(jī)工作參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并報(bào)警，及時(shí)維護(hù)?，F(xiàn)有的井場(chǎng)RTU一般采用485有線或者433MHz無線透傳方式傳送，一般每天要采集100多條數(shù)據(jù)，實(shí)際有效數(shù)據(jù)最后只剩余7 80條數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)丟失嚴(yán)重?，F(xiàn)有的油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)都采用不帶自組網(wǎng)的無線透傳模塊，組網(wǎng)能力弱，可擴(kuò)展性較差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的RTU油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，利用ZigBee無線模塊自組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸相比普通無線傳輸具有安全、可靠、低功耗等優(yōu)勢(shì)，解決了原有通過RS485有線或者433MHz無線透傳數(shù)據(jù)通信誤碼率高的問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的井場(chǎng)RTU油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，包括井場(chǎng)RTU、示功圖測(cè)試單元、電機(jī)測(cè)控單元和監(jiān)控中心，其特征是井場(chǎng)RTU外接ZigBee協(xié)調(diào)器、示功圖測(cè)試單元外接ZigBee終端、電機(jī)測(cè)控單元外接ZigBee路由器組成大型的無線網(wǎng)絡(luò)；井場(chǎng)RTU把各示供圖測(cè)試單元采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆鰤狐c(diǎn)，并根據(jù)增壓點(diǎn)要求對(duì)各個(gè)電機(jī)測(cè)控單元通過ZigBee無線發(fā)送輪詢掃描指令及相關(guān)控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)示功圖和電參數(shù)據(jù)采集及管理控制；將抽油機(jī)功圖數(shù)據(jù)和電參數(shù)據(jù)保存至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，供實(shí)時(shí)查詢計(jì)算；示功圖測(cè)試單元完成油井井口示功圖沖次、沖程、載荷數(shù)據(jù)采集、計(jì)算，并將生成的地面示功圖在井場(chǎng)RTU的掃描控制下通過ZigBee無線傳輸給井場(chǎng)RTU ；電機(jī)測(cè)控單元全天候監(jiān)測(cè)電機(jī)三相電參數(shù)和遠(yuǎn)程控制電機(jī)啟停；監(jiān)控中心通過以太網(wǎng)接口與RTU通訊，定時(shí)輪詢一個(gè)站下多個(gè)井場(chǎng)的RTU，將井場(chǎng)RTU定時(shí)輪詢到的每口井電參數(shù)據(jù)、功圖數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，在后臺(tái)服務(wù)器可實(shí)時(shí)查看每口井三相電參數(shù)據(jù)、功圖數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型具有通訊距離遠(yuǎn)、接口豐富、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性，數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠，滿足了當(dāng)下油田對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要求。
圖1是RTU油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)組網(wǎng)圖。圖2是井場(chǎng)RTU控制單元框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由井場(chǎng)RTU、示功圖測(cè)試單元、電機(jī)測(cè)控單元、監(jiān)控中心等四部分組成，該產(chǎn)品安裝在抽油機(jī)及井場(chǎng)上，用于長期監(jiān)測(cè)抽油機(jī)示功圖、電機(jī)運(yùn)行的電壓和電流等參數(shù)，遠(yuǎn)程控制抽油機(jī)的運(yùn)行和停止。通過與井場(chǎng)其它設(shè)備的連接，還可實(shí)現(xiàn)測(cè)試注水井流量、注水壓力和井場(chǎng)外輸管線壓力等參數(shù)，調(diào)配注水井流量的功能，從而實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)遠(yuǎn)程自動(dòng)化測(cè)試、自動(dòng)化控制。RTU作為組織者，其通過RS232接口外接ZigBee協(xié)調(diào)器(Coordinator)，功圖采集模塊由于使用太陽能供電，必須考慮功耗，所以必須外接終端設(shè)備(EndDevice)并且配置為低功耗模式，電參采集模塊不考慮功耗，所以采用路由器(Router)。⑴井場(chǎng)RTU功能、性能井場(chǎng)RTU主控單元是油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心，集通訊管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、ZigBee無線通訊為一體的數(shù)據(jù)采集終端，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理，把各示供圖測(cè)試單元采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆鰤狐c(diǎn)，并根據(jù)增壓點(diǎn)要求對(duì)各個(gè)電機(jī)測(cè)控單元通過ZigBee無線發(fā)送輪詢掃描指令及相關(guān)控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)井功圖和電參數(shù)據(jù)采集及管理控制的功能。將抽油機(jī)功圖數(shù)據(jù)和電參數(shù)據(jù)保存至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，供實(shí)時(shí)查詢計(jì)算。如圖2所示，該RTU采用三星公司ARM9微處理器S3C2440A，具有400MHz高速主頻，軟件采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)UC/0S-1I，核心部分采用美國AD公司性能卓越的8通道12位高速SPI型A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換速度最快可達(dá)1MSPS，完全適用于要求快速、高精度、實(shí)時(shí)的工業(yè)測(cè)控場(chǎng)合。該RTU同時(shí)具有8路16bit 4 20mA模擬量輸入，8路光耦隔離型開關(guān)量輸入，8路繼電器輸出，一路RS232，一路RS485，SDRAM數(shù)據(jù)RAM、NANDFLASH存儲(chǔ)空間、N0RFLASH程序空間，一個(gè)以太網(wǎng)接口。用戶可設(shè)置對(duì)示功圖單元及電機(jī)測(cè)控單元采集間隔、內(nèi)置2. 4GZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，可同時(shí)對(duì)最大20 口井示功圖測(cè)試單元和電機(jī)測(cè)控單元輪詢掃描功圖和電參數(shù)據(jù)等功能；實(shí)現(xiàn)了功圖和電參數(shù)據(jù)同步采集，使抽油機(jī)工況診斷和產(chǎn)量計(jì)量更準(zhǔn)確、具有短路保護(hù)，在外部傳感器短路的情況下具有保護(hù)能力，使得系統(tǒng)可靠耐用；設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)，可檢測(cè)功圖測(cè)試單元、電機(jī)測(cè)控單元運(yùn)行狀態(tài)，如出現(xiàn)故障可產(chǎn)生報(bào)警信息，便于設(shè)備快速檢查和維修；工作溫度-40°C 85°C，野外工作環(huán)境；結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)輸、安裝、使用、維護(hù)方便。⑵示功圖測(cè)試單元功能、性能示功圖測(cè)試單元主要完成油井地面(井口)示功圖沖次、沖程、載荷數(shù)據(jù)采集、計(jì)算，并將生成的地面示功圖在井場(chǎng)RTU的掃描控制下通過ZigBee無線傳輸給井場(chǎng)RTU。示功圖測(cè)試單元是智能化抽油井示功圖測(cè)試組件，通過內(nèi)置加速度傳感器輸出的加速度信號(hào)積分求出當(dāng)前抽油機(jī)光桿上下運(yùn)動(dòng)沖程，能夠準(zhǔn)確測(cè)量抽油機(jī)當(dāng)前沖次、沖程、載荷，并能實(shí)時(shí)提供示功圖，為分析抽油機(jī)井下工作情況、計(jì)算油井產(chǎn)量帶來依據(jù)。示功圖測(cè)試單元采用“載荷一位移” 一體化結(jié)構(gòu)形式和馬蹄型載荷傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝簡單。示功圖測(cè)試單元數(shù)據(jù)處理采用ARM系列32位微處理器，數(shù)據(jù)傳輸采用ZigBee無線傳輸方式并具有數(shù)據(jù)自動(dòng)糾錯(cuò)功能，具有測(cè)試實(shí)時(shí)、安全等優(yōu)點(diǎn)。⑶電機(jī)測(cè)控單元功能、性能電機(jī)測(cè)控單元是遠(yuǎn)程智能化的電機(jī)測(cè)控儀器，能全天候監(jiān)測(cè)電機(jī)三相電參數(shù)和遠(yuǎn)程控制電機(jī)啟停。⑷監(jiān)控中心軟件監(jiān)控中心軟件主要通過以太網(wǎng)接口與RTU通訊，定時(shí)輪詢一個(gè)站下多個(gè)井場(chǎng)的RTU，將井場(chǎng)RTU定時(shí)輪詢到的每口井電參數(shù)據(jù)、功圖數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，在后臺(tái)服務(wù)器可實(shí)時(shí)查看每口井三相電參數(shù)據(jù)、功圖數(shù)據(jù)；監(jiān)控中心軟件具有通過井場(chǎng)RTU及每口井上的電機(jī)測(cè)控單元實(shí)現(xiàn)每口抽油機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止功能，能夠通過該套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)無人值守,遠(yuǎn)程操控。使用前，先用RTU上位機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件按照油井實(shí)際情況配置好相關(guān)參數(shù)通過以太網(wǎng)接口寫入RTU，上位機(jī)必須安裝SQLSERVER數(shù)據(jù)庫并初始化數(shù)據(jù)庫，之后將RTU標(biāo)準(zhǔn)化配置模板.xls按照油井實(shí)際情況配置，主要是RTU的IP地址、是否啟用RTU、功圖采集模塊及電參采集模塊地址、是否啟用功圖采集模塊及電參采集模塊等，配置好后用數(shù)據(jù)導(dǎo)入工具導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。RTU必須先上電(ZigBee網(wǎng)絡(luò)要求協(xié)調(diào)器先工作)，之后功圖采集模塊和電參采集模塊上電，功圖采集模塊第一次使用必須預(yù)熱30分鐘，用以獲得一些累積數(shù)據(jù)，電參采集模塊上電即可工作，啟動(dòng)上位機(jī)RTU驅(qū)動(dòng)軟件之后即可以獲得示功圖數(shù)據(jù)。井場(chǎng)RTU通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)分別采樣位于抽油機(jī)光桿處的功圖采集模塊傳來的數(shù)據(jù)以及位于電控箱處的電參采集模塊傳來的數(shù)據(jù)，并將其記錄在RTU內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器中，每口井的功圖米樣時(shí)間約為15s,間隔10分鐘米樣一次，電參的米樣時(shí)間為3s,間隔80s采樣(電參位于功圖采樣之后)。輪詢到的功圖及電參數(shù)據(jù)可以采用MODBUS TCP協(xié)議并通過以太網(wǎng)接口傳輸?shù)诫娔X，可以和上位機(jī)RTU驅(qū)動(dòng)軟件或者第三方組態(tài)軟件通信。每一個(gè)RTU可以輪巡20 口井功圖和20 口井電參數(shù)據(jù)。對(duì)于通信距離不夠的情況，可以增加一些ZigBee路由器(Router)用以延長通信距離，每個(gè)路由器可以下掛6個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)又可以下掛6個(gè)節(jié)點(diǎn)，依次類推，可以組成星型、網(wǎng)型、Mesh等大型網(wǎng)絡(luò)，共可以有65535個(gè)節(jié)點(diǎn)。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用證明，采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的RTU油井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠，滿足了當(dāng)下油田對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要求。
權(quán)利要求1.一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的井場(chǎng)RTU油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，包括井場(chǎng)RTU、示功圖測(cè)試單元、電機(jī)測(cè)控單元和監(jiān)控中心，其特征是井場(chǎng)RTU外接ZigBee協(xié)調(diào)器、示功圖測(cè)試單元外接ZigBee終端、電機(jī)測(cè)控單元外接ZigBee路由器組成大型的無線網(wǎng)絡(luò)； 井場(chǎng)RTU把各示供圖測(cè)試單元采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆鰤狐c(diǎn)，并根據(jù)增壓點(diǎn)要求對(duì)各個(gè)電機(jī)測(cè)控單元通過ZigBee無線發(fā)送輪詢掃描指令及相關(guān)控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)示功圖和電參數(shù)據(jù)采集及管理控制；將抽油機(jī)功圖數(shù)據(jù)和電參數(shù)據(jù)保存至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，供實(shí)時(shí)查詢計(jì)算； 示功圖測(cè)試單元完成油井井口示功圖沖次、沖程、載荷數(shù)據(jù)采集、計(jì)算，并將生成的地面示功圖在井場(chǎng)RTU的掃描控制下通過ZigBee無線傳輸給井場(chǎng)RTU ； 電機(jī)測(cè)控單元全天候監(jiān)測(cè)電機(jī)三相電參數(shù)和遠(yuǎn)程控制電機(jī)啟停； 監(jiān)控中心通過以太網(wǎng)接口與RTU通訊，定時(shí)輪詢一個(gè)站下多個(gè)井場(chǎng)的RTU，將井場(chǎng)RTU定時(shí)輪詢到的每口井電參數(shù)據(jù)、功圖數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，在后臺(tái)服務(wù)器可實(shí)時(shí)查看每口井三相電參數(shù)據(jù)、功圖數(shù)據(jù)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的RTU油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，包括井場(chǎng)RTU、示功圖測(cè)試單元、電機(jī)測(cè)控單元和監(jiān)控中心，其特征是井場(chǎng)RTU外接ZigBee協(xié)調(diào)器、示功圖測(cè)試單元外接ZigBee終端、電機(jī)測(cè)控單元外接ZigBee路由器組成大型的無線網(wǎng)絡(luò)。具有通訊距離遠(yuǎn)、接口豐富、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性。
文檔編號(hào)E21B47/00GK202900242SQ20122059097
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
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