基于GPRS的油田抽油机远程在线监控系统的设计与实现

研究与应用 化工自动化及仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf , 2008, 35( 1): 75~ 77 Contro l and Instrum ents in Chem ical Industry 基于 GPRS的油田抽油机远程 在线监控系统的设计与实现 潘峥嵘,滕尚伟,尹晓霈,邓 科 (兰州理工大学电气工程与信息工程学院,兰州 730050 ) 摘要: 针对油田抽油机的监测仍采取传统人工方式,设计了基于 GPRS的油田抽油机远程在线监控系统。 系统采用高精度专用传感器实时采集抽油机运行的各种数据, 然后将采样数据送入智能监测仪, 并通过基于 GPRS的通信模块将监测数据上传到监测中心的大型数据库中, 以实现数据的共享。对该系统的硬件结构和软 件设计均做了介绍。该系统可及时发现、消除由于抽油机故障引发的油田作业缺陷, 确保油田安全作业。 关键词: 油田抽油机;在线监控系统; GPRS 中图分类号: TP277 文献标识码: A 文章编号: 1000-3932( 2008) 01-0075-03 1 引 言 在一些开采历史较长的油田中由于建站时间较 早、设备较陈旧,缺乏对抽油机运行状态的实时监控 手段。另外采油站多位于偏僻的野外,夜间因人为 破坏致使抽油机故障停运的情况时有发生。目前国 内对油田抽油机运行状态的监测主要采取人工定期 巡检的方式。但在具体实施中存在误差大、作业流 程复杂、监测周期长、费用高等缺点,在技术、经济上 不能适应油田自动化、信息化发展的要求。随着无 线通信技术的不断发展,利用移动运营商提供的无 线网络 GPRS实现的远程监控系统得到了越来越广 泛的应用。因此,研制开发出基于 GPRS的油田抽 油机远程在线监控系统对于确保抽油机的安全稳定 运行显得尤为重要。* 2 系统结构与原理 基于 GPRS的油田抽油机远程在线监控系统研 究的主要内容是实时在线监测抽油机的电机温度、 电机工作电流、电压,抽油机的光杆运行参数,井口 原油温度与原油压力和防偷盗信息等参数。通过 GPRS与远程监控中心相连, 经过对信息的整合, 得 出抽油机实际运行状态与性能评估,对越限的抽油 机报警并实施远程在线停机或现场紧急停机操作; 对存在故障隐患的抽油机实施报警预案, 自动生成 排查检修工作表, 从而实现远程对在线运行参数的 监测,同时通过 Internet与油田管理级相连, 形成数 据共享。系统结构原理图如图 1所示。 系统采用高精度专用传感器实时采集抽油机运 行的各种数据, 然后将采样数据送入抽油机运行状 态参数处理单元,即智能监测仪。安装在不同油井 现场的智能监测仪定时完成对本站设备的在线监测 工作,并通过基于 GPRS的通信模块将监测数据上 传到监测中心的大型数据库中,以实现数据的共享。 在线监测中心对存在潜在隐患的设备进行有效地跟 踪监测,通过专家系统对设备运行状态做出性能评 估与报警预案。同时,在线监测中心服务器通过监 测中心的局域网和油田管理系统相连。上述监测数 据可通过远程通信网络将现场监测数据传送到局内 的M IS网络系统,供有关职能部门有权限地查看,也 可以通过M IS网络系统进行有权限的远程手动采样 控制,极大地方便了运行和管理。 图 1 系统结构原理图 * 收稿日期: 2007-09-03 基金项目:甘肃省自然科学基金资助项目 ( ZS021-A25-017-G) 3 系统硬件设计 在硬件上,抽油机在线监控系统主要由高精度 传感器、智能监测仪、GPRS通信模块构成。 3. 1 高精度传感器 ( 1 )温度检测。采用 P t1000铂电阻测温传感器 对抽油机电机的铁芯、机壳和轴承进行监测,从而诊 断出潜在的电气故障。电机铁芯温升一般应不超过 40 e ,轴承的温升应不超过 55 e ,减速器轴承温升 不超过 40 e ,油池温升不超过 15 e ,各种装置最高 温升均不应超过 70 e [ 1]。 ( 2 )抽油机光杆参数检测。包括光杆载荷和光 杆位移两个参数。光杆载荷使用应变式压力传感器 测量;位移测量使用两个电容式接近开关测量抽油 机经过上死点和下死点的时间,再经抽油杆公式就 可以得到抽油杆的实时位移。 ( 3 )井口原油参数检测。包括井口原油温度检 测与井口原油压力检测。通过温度传感器 DS1820 与压力传感器实现对井口原油参数的采集,可以确 定抽油机的工作负载量及输油管道的运行状况, 不 仅为检测电机运行状态提供重要数据,也为电机控 制提供依据。压力传感器选用 CYY系列压阻式压 力传感器。 ( 4 )电机电量参数检测。在电机的主回路上安 装霍尔电流传感器,提取和分析电机定子线圈的输 入电流信号,通过分析电流, 判断电机的运行状态。 在电机主回路上亦安装有霍尔电压传感器,用来实 现电机电压缺相检测保护。 ( 5 )防偷盗信息检测。用于检测抽油机周围人 员的情况,可以发现外来人员偷油和防止破坏采油 设备。防偷盗红外传感器在接收到人体红外辐射温 度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷 [ 2]。 3. 2 智能监测仪 抽油机智能监测仪由单片机 STC89C51、F lash 存储模块 K9K4G08U0M [ 3]、实时时钟 DS1302、看门 狗 MAX706、I/O接口、LCD12832ZK、输出控制模块 和供电电源等组成,如图 2所示。 图 2 智能检测仪结构图 传感器将抽油机工作状态参数采集至智能监测 仪的输入端,经过信号处理电路调理后, 进入单片 机。单片机通过数据处理, 完成监测数据的数据转 换与综合,将抽油机的工作状态特征值通过 GPRS 通信网络,上传至油田远程监测中心。 同时,监测中心可向智能监测仪设置其工作参 数。监测仪接收数据并保存于 EEPROM 中,保证在 线监测智能化诊断和报警。当出现紧急工作异常 时,可通过监测仪的输出控制模块自动或手动启停 设备,也可以通过远程发送控制、当地解析操作的方 式,进行停机排查。监测仪也可通过键盘设置与 LCD显示进行离线设置与监测。看门狗单元的引入 保证了监测仪的运行稳定与安全。 3. 3 GPRS通信模块 通用分组无线业务 ( GPRS),是在传统 GSM网 络系统上发展起来的一种 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化的分组交换数据业 务,主要用于无线通信。GPRS数据终端支持 TCP / IP、PPP协议和透明数据传输,每个用户可占用多个 信道,同一信道又可以为多个用户共享。其覆盖范 围基本上与 GSM 网络相同, 理论上带宽可以达到 171. 2 Kbps [ 4]。GPRS无线网的优势在于能提高资 源利用率,在通信过程中不需要建立保持电路,符合 数据通信突发性的特点, 它组网迅速灵活、成本低、 覆盖范围广、实时在线、按数据流量计费、登录网络 快捷等 [ 3]。由于 GPRS的这些特点, 使它适合多点 分散的远程数据传输。在本系统中, GPRS模块选用 索尼 -爱立信最新推出的 GR47,它带有 GSM /GPRS 全套语音和数据功能,具有M 2M通信解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的全 部核心功能。GR47内嵌 TCP / IP协议栈, 通过其异 步串行通信接口 UART1, 使用相应 AT指令进行开 发,可方便地实现 GPRS通信 [ 5]。 4 系统软件设计 4. 1 智能监测仪软件的设计 智能监测仪的主要功能就是把采集的现场数据 通过 GR47模块上传到监控中心, 同时接收监控中 心下传的各种指令并产生控制动作 (如远程控制抽 油机开或关机、系统报警以及系统远程复位等 ),其 软件流程如图 3所示。首先对系统各项参数进行初 始化,包括设置中断入口地址、工作区单元清零、设 置堆栈指针初始化计时器和串口 (其中串口初始化 包括设置通信格式的波特率为 9 600 bps, 8位数据 位, 1位起始位,无奇偶校验位 )。初始化之后就定 时向监测中心发送现场数据,若连续发送 5次都不 成功就要从开始重来。若有参数越限就产生报警并 将该信息发送到监控中心。然后监测仪接收检测中 心发送来的相关的控制命令而执行相关的输出控制 模块。此后就循环该过程。 #76# 化 工 自 动 化 及 仪 表 第 35卷 图 3 智能监测仪软件流程图 图 4是监测仪软件功能模块划分图。 图 4 智能检测仪软件功能划分图 图 4中,串口通信模块采用标准通信协议通过 GPRS网络与上位机搭接成通信网络。该模块不仅 可以实现采集数据的打包、上传,而且可以实现对上 位机下发数据包的接收与解码功能;输入模块主要 完成系统的数据采集, 即完成对相应传感器模块的 初始化、数据采样、A /D转换等初步的数据处理工 作;计算模块主要完成监测数据的数据转换与综合, 其中不仅包括各项指标的标准单位换算, 而且还引 入经验数据,对各项指标进行综合分析,形成最初的 诊断结果;存储模块主要完成监测仪的 EEPROM 的 读写操作,操作对象有地址号,指标的上、下限位值; 输出模块实现了监测仪液晶屏的当地显示以及越限 报警功能;控制模块通过对外部开关量的操作,实现 了对设备的自动 /手动启停。 4. 2 监控中心管理软件的设计 监控中心的设计核心就是管理软件的设计。系 统监控中心的 PC软件是基于 VC 6. 0的开发平台, 主要由系统管理、信息输入、数据输入、工作状态监 测、故障诊断、系统帮助、图表资料、统计查询、地理 信息等模块组成, 如图 5所示。系统还具有数据备 份、数据载入、数据整理、密码管理、系统操作记录等 功能。在系统创建以后,由系统管理员对不同级别 的操作员进行界定和授权,不同级别的操作者具有 不同的工作 职责 岗位职责下载项目部各岗位职责下载项目部各岗位职责下载建筑公司岗位职责下载社工督导职责.docx 和操作权限。 图 5 监控中心管理软件结构图 5 结 论 国内外采用最广的抽油机械是抽油机与抽油泵 组成的有杆抽油系统。在生产中此种系统引起的事 故逐渐增多,轻者造成抽油机损坏,重者将导致抽油 机事故引起的原油泄漏事故。这不但降低了油田生 产运行的安全可靠性,而且可能给企业造成重大经 济损失。因此开发抽油机在线监控系统,对抽油机 及油井的各种状态参数进行实时监测, 实现运行参 数远传和网上共享, 发现故障及时报警提供了新的 有效方式,使得技术人员处理故障的速度得到了显 著提高,最大程度地减少了经济损失,这具有重要的 现实意义。同时,由于抽油机在全国的用量十分庞 大,因此本系统的研究与设计具有广阔的应用前景。 参考文献: [ 1] 陈楫国, 杨洪茂.游梁式抽油机的状态监测与故障诊断 [ J] .中国设备工程, 2003, ( 1 ): 37-39. [ 2] 文 波.基于嵌入式系统的远程抽油机示功仪的设计 [ D ]. 武汉:武汉理工大学, 2006. [ 3] 佘青山,苏宏业,董利达.基于 CDMA /GPRS /RADIO技术的 无线环境监控终端设计 [ J ]. 化工自动化及仪表, 2006, 33 ( 3 ): 39- 43. [ 4] 金 艳. GPRS /GSM在安全监控及数据采集中的应用 [ D ]. 杭州:浙江大学, 2006. [ 5] 王 磊,王仲东.基于嵌入式系统和 GPRS技术的实时远程 抄表监控系统 [ J].兵工自动化, 2006, 25( 10) : 73-74. Design and Realization ofRemoteOn- lineM on itoring System ofOil Extractor in Oil Field Based on GPRS PAN Zheng-rong, TENG Shang-we,i Y IN X iao-pe,i DENG Ke (College of ElectricalEngineering and Information Engineering, Lanzhou University of Science and T echnology, Lanzhou 730050, China ) #77# 第 1期 潘峥嵘等.基于 GPRS的油田抽油机远程在线监控系统的设计与实现 技改与创新 化工自动化及仪表, 2008, 35( 1): 78~ 79 Contro l and Instrum ents in Chem ical Industry 一种新型 CEMS采样探头设计 黄德承,贾建平 (西安电子科技大学理学院,西安 710071 ) 摘要: 针对常见的 CEM S探头出现的堵塞问题,设计制作一种新型取样探头, 在探头内增加除尘及清洗结 构, 结合气动、硬件控制和变频器控制等技术,实现 CEM S系统在恶劣环境下取样工作。 关键词: CEMS;探头 ;变频器 中图分类号: X851 文献标识码: B 文章编号: 1000-3932( 2008) 01-0078-02 1 CEMS介绍 烟气排放连续检测系统 ( CEMS)是近年来为适 应国家环境管理需要而推广的一种污染物排放计量 仪器。在美国、欧盟、日本等国家, CEM S作为一种 成熟、可靠的技术,已经完全替代了手工监测而广泛 应用于固定污染源的监测管理。他们有完整的法律 法规要求排放企业安装烟气 CEMS[ 1]。 CEM S是指对污染源排放的烟气进行连续、实 时地跟踪测定, 它用于在线监测各个污染源排放烟 气中的颗粒污染物、气态污染物 ( SO2, NOx , CO等 ) 的排放总量,为污染源的环保管理以及除尘、脱硫设 备的安全运行提供科学依据。由于其准确度高、维 修量小、无危险、安全性好等原因,成为今后烟 (气 ) 尘测试的发展趋势。该仪器设备是集光、机、电及计 算机技术为一体的高科技产品,具有在线连续测量、 价格低、系统工作可靠、运行维护费用低、安装简便、 无需人员监守等优点。 2 探头改进 首先,看一下国外的 CEM S常见取样探头 ) ) ) Genie探头,如图 1所示。常见的烟气采样探头是在 隔膜 7处加入了深层过滤,通过节流孔,再通过文丘 里管对样气进行稀释并与洁净的压缩空气混合 [ 2]。 这种一般应用在比较洁净的样气环境,如电厂环境 下 CEMS检测系统。对于采样环境比较恶劣,如菱 铁矿回转窑焙烧的烟气,该烟气中含有大量的粉尘 (即使经过了旋风和布袋除尘 ),还含有煤焦油等有 机物,这些物质对小口径取样探头很容易造成堵塞 现象,特别是在隔膜 9和低阀 10处,经过现场观测 发现堵塞现象非常明显。而且,在样气处于低压 (低 于大气压 )下,取样效果也不好。还有一个重要的问 题是过去的探头在同步性上较差,它不能保证取样 得到的样气与烟气的流速保持同步, 这样将导致检 测系统的实时性不强。 图 1 Gen ie探头 针对以往常用取样探头的堵塞等问题, 我们设 计出一种新型探头 ) ) ) 贾式探头, 它不但继承了过 去探头的优点,而且很好地解决了过去探头出现的 几个问题。新型探头示意图如图 2所示。该探头主 要由四部分组成: ( 1)探头内部除尘内心。除去烟气中的粉尘、 煤焦油等毫米级颗粒物 ,为解决堵塞问题提供了前 收稿日期: 2007-12-27 (修改稿 ) Abstract: To solve the problem thatmanpow er is also used in monitoring o il extractors, a rem ote on- linem onitoring system of o il extractor in oil field based on GPRS was introduced. In the system h igh prec is ion spec ial sensors were used to get all kinds o fdata in o il extractor, then the data w ere sent to intelligentm onitor, and uploaded to large data- base in m onitoring centra,l that would be shared. The structure of hardware and design of software were explained. The system can detect and elmi inate the defect of o il operat ion wh ich would cause accident. Key words: oil extractor in o il field; on- linem onitoring system; GPRS