一種具有三相電采集的無線抽油機控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于油田現(xiàn)場井口的WIA-PA無線網(wǎng)絡(luò)通信的抽油機RTU(REMOTE TERMINAL UNIT)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]維持原油的高產(chǎn)是各采油廠的首要工作目標(biāo)，要想維持高產(chǎn)就得在開發(fā)新油井的同時，確保每口井時刻都保持在最佳工作狀態(tài)，所以各采油廠把抽油機的監(jiān)控做為日常一項重要工作，定期巡視抽油機，監(jiān)控抽油機工作狀態(tài)，如有異?；蛲C損壞，就要調(diào)試維修。
[0003]目前油田所用的游梁式抽油機，它的控制電路，只有簡單的用空氣開關(guān)或交流接觸器控制，對電路的電氣參數(shù)不能做到實時了解與監(jiān)控，當(dāng)電機發(fā)生過流、過壓等情況不能及時作出相應(yīng)的技術(shù)處理，嚴(yán)重時將會燒毀電機，造成停井的事故。
[0004]石油生產(chǎn)中油井一般都是不規(guī)則的分布在相對分散的區(qū)域內(nèi)，而且油井間的路況也是很復(fù)雜，有些路只是勉強能通過的便道，目前油田一般采用人工巡視，巡視一圈對班組來說也不是一件容易事，特別是雨雪天難度更大，巡視員在一個巡視周期內(nèi)一口油井只能到達(dá)一次，兩次間隔一定的時間，這就造成了油井出現(xiàn)異?；蚬收隙嘟M還不知道，一定要等到下次巡視員到達(dá)才能發(fā)現(xiàn)，不但影響了產(chǎn)量，還會由于處理不及時故障范圍擴(kuò)大。雖然現(xiàn)在的抽油機數(shù)據(jù)采集形式多種多樣，但大多是依靠巡檢工人攜帶各種模擬、數(shù)字表巡檢，現(xiàn)場安裝測試儀表并測試各種數(shù)據(jù)。而且老式儀表的精度也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的測試要求。所以這種人工巡視弊端就凸現(xiàn)出來了，需要進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新來解放人力，實現(xiàn)自動化控制。
[0005]隨著自動化、通訊、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提高，油田生產(chǎn)管理領(lǐng)域出現(xiàn)了在油田自動化檢測、管理網(wǎng)絡(luò)中起著重要作用的抽油機RTU控制器。主要負(fù)責(zé)抽油井和抽油機的控制。無線技術(shù)在油田井口的應(yīng)用具有廣闊的前景。
[0006]智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)是基于短程無線通信IEEE802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)，是用于工業(yè)測控的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使用自由頻帶，具有高可靠、超低功耗、很強的抗干擾能力、實時通信的自組織多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，適合部署在惡劣環(huán)境和人不宜到達(dá)的區(qū)域。WIA解決惡劣環(huán)境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應(yīng)，以及馬達(dá)、器械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電磁噪聲對無線通信的干擾，提供能夠滿足應(yīng)用需求的高可靠、實時無線通信服務(wù)。目前，WIA-PA已經(jīng)成為與無線Wireless HART被同時承認(rèn)的兩個國際標(biāo)準(zhǔn)文件之一。智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)特別適用于工業(yè)控制與工廠過程控制領(lǐng)域。WIA無線通信要求使用無線技術(shù)與現(xiàn)場設(shè)備通信，無線技術(shù)簡化了現(xiàn)場設(shè)備的布線和設(shè)置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠自動采集油井內(nèi)三相電參數(shù)的基于WIA-PA無線抽油機RTU控制器。
[0008]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種具有三相電采集的無線抽油機控制器，包括處理器模塊以及與其連接的I/O輸入輸出模塊、三相電采集模塊、本地通信模塊、液晶顯示模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口模塊和WIA無線通信模塊。
[0010]所述三相電采集模塊采用電阻、電流互感器、功率計量IC和信號隔離芯片；三相交流電的每相串聯(lián)多個電阻后、通過濾波器與功率計量IC的電壓輸入通道連接，每相還通過壓敏電阻接地；三個電流互感器分別穿過三相交流電線，每個電流互感器的正負(fù)輸出端之間連有一個電阻與串聯(lián)的兩個電阻的并聯(lián)電路，并聯(lián)電路的兩端之間連有限幅電路，限幅電路的兩端通過濾波電路與功率計量IC的電流輸入通道連接；功率計量IC的輸出端經(jīng)信號隔離芯片與處理器模塊連接。
[0011]所述濾波器的輸入端與地之間連有電阻、兩個串聯(lián)的電容和一個電容的并聯(lián)電路；電容的兩端分別與功率計量IC的電壓輸入通道連接；電阻接地的一端與兩個串聯(lián)的電容接地的一端之間還連有另一電阻，兩個串聯(lián)的電容之間的結(jié)點接地。
[0012]所述限幅電路為兩個串聯(lián)的雙向瞬態(tài)電壓抑制器，兩個雙向瞬態(tài)電壓抑制器之間的結(jié)點接地。
[0013]所述濾波電路包括電阻和電容；濾波電路的兩個輸入端分別通過電阻與功率計量IC的輸入端連接，功率計量IC的兩個輸入端之間連有串聯(lián)的兩個電容和一個電容的并聯(lián)電路；串聯(lián)的兩個電容之間的結(jié)點接地。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0015]1.本發(fā)明可同時支持有線及無線通訊，實現(xiàn)了油田現(xiàn)場的全自動化，不但實現(xiàn)了抽油機運轉(zhuǎn)情況的實時監(jiān)控，為及時處理故障提供條件，還解放了大量人力，有利于優(yōu)化人力資源配置。無線技術(shù)簡化了現(xiàn)場設(shè)備的布線和設(shè)置，優(yōu)化了現(xiàn)場布線及安裝。
[0016]2.本發(fā)明的三相電采集模塊采用隔離技術(shù)，與RTU其他部分實現(xiàn)了隔離，保證了RTU本身的安全性。
[0017]3.本發(fā)明實現(xiàn)了 RTU與電量采集一體化設(shè)計，RTU控制器是井口抽油機數(shù)據(jù)采集、處理、控制設(shè)備，對各種輸入量的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和存儲并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的油田油井WIA測控系統(tǒng)的架構(gòu)圖；
[0019]其中，10、11、12儀表，13、14、15WIA無線RTU控制器，16WIA網(wǎng)關(guān)，17中控室；
[0020]圖2為基于WIA-PA的無線抽油機控制器結(jié)構(gòu)組成框圖；
[0021 ] 其中，20外殼，211/0輸入輸出模塊，22三相電采集模塊，23本地通信模塊，24處理器模塊，25液晶顯示模塊，26電源管理模塊，27數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口模塊，28WIA-PA無線通信模塊，29天線轉(zhuǎn)接線，30天線；
[0022]圖3為三相電采集模塊功能結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]其中，31三相交流電，32電壓互感器或者分壓電阻，33電流互感器，34信號調(diào)理電路，35功率計量1C，36信號隔離芯片，37MCU，38電源隔離模塊；
[0024]圖4為三相電采集模塊中單相電壓電路示意圖；
[0025]圖5為三相電采集模塊中電流前端電路示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]基于WIA-PA無線抽油機RTU控制器在油田油井WIA測控系統(tǒng)中的架構(gòu)如圖1所示。油田井口安裝的儀表(10、11、12)包括WIA無線示功儀，WIA無線溫度表、WIA無線壓力表和WIA無線流量表等儀表，這些儀表將采集到的信息通過WIA無線網(wǎng)絡(luò)傳送到井口的WIA無線抽油機控制器(RTU)中(13、14、15)，抽油機RTU控制器將本身采集的三相電參數(shù)及儀表的采集信息進(jìn)行存儲、管理并轉(zhuǎn)發(fā)到WIA網(wǎng)關(guān)16，在由WIA網(wǎng)關(guān)16將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳到中心控制室17。WIA網(wǎng)關(guān)16接收到中心控制室17的指令，再通過通訊下達(dá)到井口抽油機RTU控制器，進(jìn)行控制現(xiàn)場抽油機的啟停。
[0028]基于WIA-PA的無線抽油機RTU控制器基于ARM平臺開發(fā)，采用32位處理器，并集成電量采集功能，可實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息采集及現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、故障報警等功能，具有可靠性高、處理速度快、通信穩(wěn)定、維護(hù)成本低等特點。
[0029]基于WIA-PA的無線抽油機控制器結(jié)構(gòu)組成框圖如圖2所示，主要包括外殼20及設(shè)置于外殼20內(nèi)的電子器件組成,主要包括I/O輸入輸出模塊21、三相電米集模塊22、本地通信模塊23、處理器模塊24、液晶顯示25、電源管理模塊26、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口模塊27和WIA-PA無線通信模塊28。
[0030]I/O輸入輸出模塊21主要包括8路(Al)模擬量輸入接口，4路(DI)數(shù)字量輸入接口，4路(DO)數(shù)字量輸出接口。
[0031]模擬量輸入接口支持4_20mA信號輸入,用于連接現(xiàn)場有線儀表,輸入信號與CPU之間使用隔離芯片進(jìn)行信號隔離。
[0032]數(shù)字量輸入接口用于采集現(xiàn)場狀態(tài)信息信號，支持12V/24V輸入。
[0033]數(shù)字量輸出接口用于指示燈狀態(tài)指示及現(xiàn)場控制，現(xiàn)場控制采用繼電器輸出。每一路輸出支持一個常開觸點和一個常閉觸點，用于控制電機的啟停及語音報警開關(guān)等。
[0034]三相電采集模塊22負(fù)責(zé)采集抽油機的相電流、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率，功率因素，頻率等電參數(shù)，互感器將電機的大電流和大電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏髋c小電壓，信號調(diào)理電路將互感器輸出的信號轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚砥骺梢越邮芷ヅ涞男盘栃问?，功率計量IC對輸入的電壓和電流信號分析處理，計算出相應(yīng)的結(jié)果電參量。
[0035]本地通信模塊23支持I個RS232、1個RS485、1個10M/100M以太網(wǎng)接口，以上接口均支持升級RTU程序，本地顯示，以及本地配置維護(hù)RTU。
[0036]處理器模塊24包括處理器(MCU)和存儲器，負(fù)責(zé)控