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    近年來各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)在油田生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集、可靠性、便于維護(hù)性成為制約整個(gè)系統(tǒng)正常、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，目前抽油機(jī)井?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測普遍選用載荷傳感器、角位移傳感器（或脈沖發(fā)生器）、RTU監(jiān)控器、電參量傳感器等，分別安裝于懸繩器、游梁及控制柜上，各個(gè)信號(hào)采用有線方式匯集到RTU監(jiān)控器上。具有成本高、安裝工藝復(fù)雜、線纜易損壞、不易防盜、維護(hù)工作量大等問題，很難長期可靠的工作。幾百口井以上監(jiān)控時(shí)問題更為突出。　　

　　基于以上情況，華北油田采油工藝研究院積十幾年油井監(jiān)控工作的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合當(dāng)今自控技術(shù)的發(fā)展水平，提出并研制了以無線和嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，將微處理器嵌入到傳感器和轉(zhuǎn)發(fā)器中，完成了油井工況的測量、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、無線通訊等功能，實(shí)現(xiàn)各種傳感器與RTU之間無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)思想。

　　系統(tǒng)構(gòu)成

　　采用無線技術(shù)作為傳感器與RTU之間的通訊方法，將傳感器、變送器、MPU控制器及無線收發(fā)模塊組合在一起，構(gòu)成一體化的微功耗無線智能網(wǎng)絡(luò)傳感器，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的無線采集。

　　為了保證在正常態(tài)情況下工作2-3年，在硬件設(shè)計(jì)上采用低功耗元器件；在軟件設(shè)計(jì)上

　　■  無線收發(fā)模塊

　　采用世界先進(jìn)的nRF905半雙工通訊芯片，微功耗10mW，該芯片具有低電源電壓工作1.9-3.6V、多通道工作ETSI/FCC兼容、可軟件調(diào)節(jié)輸出功率至-10db、“傳輸前監(jiān)聽”載波檢測協(xié)議、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒輸出、低功耗ShockBurst工作模式、偵測數(shù)據(jù)包地址匹配、數(shù)據(jù)包自動(dòng)重發(fā)、自動(dòng)產(chǎn)生CRC和數(shù)據(jù)前導(dǎo)碼等功能，各傳感器之間由地址區(qū)分，統(tǒng)一頻點(diǎn)，使得被嵌入的傳感器形成智能微網(wǎng)絡(luò)型。　　

　　圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖 

圖2 軟件框圖

　　■  無線示功圖測試儀

　　無線示功圖測試儀由載荷傳感器、微功耗MCU─MSP單片機(jī)、加速度傳感器、無線收發(fā)模塊、電池等組成，可實(shí)現(xiàn)示功圖無電纜測試、150井次示功圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、油井生產(chǎn)時(shí)率計(jì)算等功能。對(duì)于不同的用途，可以將無線收發(fā)模塊改為GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)示功圖的遠(yuǎn)程檢測。硬件結(jié)構(gòu)圖（圖1）和軟件框圖（圖2）如圖所示。
　　

　　圖3 自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集電路

　　■  無線模擬量傳感器

　　在已有傳感器的基礎(chǔ)上加入了自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集電路（圖3），包括儀表電池和數(shù)據(jù)采集板。該無線模塊可以與壓力變送器、溫度變送器、流量變送器、液位變送器等可輸出4～20mA信號(hào)的儀表，或帶有專有通訊協(xié)議的儀表進(jìn)行通訊。

　　■  無線RTU
　　

　　該無線RTU將采集、控制、通訊三種功能合為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，它是整個(gè)系統(tǒng)的前端核心。利用自身所具有的開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)采集接口采集數(shù)據(jù)，并通過自身所配備的RS232/RS484接口控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，可以采用有線或無線的通訊方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)端監(jiān)控中心，配備專用的通訊軟件可與組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)無縫連接。

　　RTU的核心是監(jiān)控器，由微處理器、微功耗無線收發(fā)模塊、無線通訊模塊、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)電路、接口電路、操作鍵盤及液晶顯示器構(gòu)成，整體采用SMT表貼工藝集成在電路板上，具有采集模擬量、數(shù)字量、指令控制輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、顯示及鍵盤設(shè)置功能，可以完成油水井所需要的各種操作。主電路板上安裝有微處理器、RS232/485接口電路、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、鍵盤顯示電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、時(shí)鐘電路、USB接口電路及電源電路。硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示：

　　圖4  RTU監(jiān)控器硬件結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)工作時(shí)RTU對(duì)上位機(jī)（測控中心）可以使用光纜、GPRS、CDMA、無線數(shù)傳電壓等通訊方式；對(duì)下（載荷、位移、油壓、套壓、溫度、流量、報(bào)警等）都可無線采集各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。

　　應(yīng)用情況

　　華北油田采油工藝研究院開發(fā)和研制的該項(xiàng)技術(shù)，已在多個(gè)油井監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用。從滿足生產(chǎn)實(shí)際需求出發(fā)，根據(jù)不同的要求構(gòu)成了不同的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。

　　■  抽油機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)

　　油田采油生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，是以提高油田的現(xiàn)代化管理水平、提高采油生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗和增強(qiáng)油田可持續(xù)發(fā)展能力為目的，采集油井電量、電壓、電流、載荷、沖次、沖程、井口壓力、生產(chǎn)時(shí)率等生產(chǎn)參數(shù)，并自動(dòng)定時(shí)采集和遠(yuǎn)程控制采集油井示功圖、電流圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的全面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守如（如圖5所示）。　　

圖5

　　在系統(tǒng)中，現(xiàn)場所有儀表采用無線數(shù)據(jù)采集方式，定時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絉TU，通過光纜、無線數(shù)傳電臺(tái)、GPRS等數(shù)據(jù)傳輸方式，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂剖遥衔粰C(jī)軟件采用WonderWare Intouch9.5人機(jī)界面軟件，并配合采研院研制的專有數(shù)據(jù)通訊。