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安控RTU在井站自动化系统上的应用
dingxiubing 发表于 2014/4/18 13:05:08 844 查看 1 回复 [上一主题] [下一主题]
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目前抽油机井数据监测普遍选用载荷传感器、角位移传感器（或脉冲发生器）、RTU监控器、电参量传感器等，分别安装于悬绳器、游梁及控制柜上，各个信号采用有线方式汇集到RTU监控器上，成本高，安装工艺复杂，线缆易损坏，不易防盗，维护工作量大，很难长期可靠的工作。几百口井以上监控时问题更为突出。
基于以上情况，华北油田采油工艺研究院积十几年油井监控工作的经验结合当今自控技术的发展水平，提出并研制了以基于无线和嵌入式技术为基础，将微处理器嵌入到了传感器和转发器中，完成了油井工况的测量、转换、数据处理、无线通讯等功能，实现各种传感器与RTU之间无线数据传输的设计思想。
二、系统构成
采用无线技术作为传感器与RTU之间的通讯方法，将传感器、变送器、MPU控制器及无线收发模块组合在一起，构成一体化的微功耗无线智能网络传感器，实现生产参数的无线采集。
为了保证在正常态情况下工作2-3年，在硬件设计上采用低功耗元器件；在
软件设计上，除电源管理芯片外，其它芯片都处于休眠状态，每隔几秒微处理器中断唤醒来处理事件，工作完毕后继续休眠，从而使静态功耗控制在μA级。
1、无线收发模块
采用世界先进的nrf905半双工通讯芯片，微功耗10mW，该芯片具有低电源电压工作1.9-3.6V、多通道工作ETSI/FCC兼容、可软件调节输出功率至-10db、"传输前监听"载波检测协议、数据准备就绪输出、低功耗ShockBurst工作模式、侦测数据包地址匹配、数据包自动重发、自动产生CRC和数据前导码等功能，使得被嵌入的传感器形成智能微网络型，各传感器之间由地址区分，统一频点，形成微型网络。
2、无线示功图测试仪
无线示功图测试仪由载荷传感器、微功耗MCU─MSP单片机、加速度传感器、无线收发模块、电池等组成，可实现示功图无电缆测试、150井次示功图数据存储、油井生产时率计算等功能。对于不同的用途，可以将无线收发模块，改为GPRS模块，实现示功图的远程检测。
3、无线模拟量传感器
在已有传感器的基础上加入了自主研发的数据采集电路，包括仪表电池和数据采集板。该无线模块可以与压力变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器等可输出4～20mA信号的仪表，或带有专有通讯协议的仪表。
4、无线RTU
该无线RTU将采集、控制、通讯三种功能合为一体，实现对数据的采集和传输，它是整个系统的前端核心。利用自身所具有的开关量和模拟量数据采集接口采集数据，并通过自身所配备的RS232/RS484接口，可以采用有线或无线的通讯方式将数据发送至远端监控中心，配备专用的通讯软件可与组态软件的无缝连接。
RTU的核心是监控器，由微处理器、微功耗无线收发模块、无线通讯模块、时钟电路、存储电路、接口电路、操作键盘及液晶显示器构成，整体采用SMT表贴工艺集成在电路板上，具有采集模拟量、数字量、指令控制输出、数据存储、数据传输、显示及键盘设置功能，可以完成油水井所需要的各种操作；主电路板上安装有微处理器、RS232/485接口电路、无线数据收发模块、键盘显示电路、数据存储电路、时钟电路、USB接口电路及电源电路。
采油井常用的仪表有液位计 ， 流量计，物料开关，压力变送器，外加，气体检测，无线测控仪。
油气井无线测控仪参数：
1．能测量6路变送器4~20mA电流信号，可测量套压、油压、井口温度、外输压
力、外输温度等。
2．显示器采用可显示四行汉字的液晶，全汉字操作和显示数据。能显示套压、油压、井口温度、瞬时流量、累计总量、外输压力、外输温度等。
3．对压力、温度变送器，可设定量程上下限。
4．脉冲输出流量计，可设定流量仪表系数。
5．4~20mA电流信号输出流量计，可设定4~20mA代表多少瞬时流量。
6．对瞬时流量、累计流量、各压力、各温度，可设定修正系数。
7．可用手机远距离修改如仪表系数、温度及压力变送器量程等，方便使用。
8．可设定主机通讯号。
9．可设定定时发送数据时间间隔。
10．提供24V直流电源给变送器使用。
11．供电电源为交流220V。
井站自动化系统主要由井口控制终端(RTU)、现场检测设备、通讯链路、计量终端（PLC）、中心控制设备组成的一套（SCADA）数据采集控制系统。如何选用功能完备的RTU和检测仪表、如何选用可靠的通讯方式进行井口数据通讯以及如何使数据稳定准确及时的传输到中控室，都决定了系统的稳定性、实用性和可靠性。
在2010年的新系统建设和老区块改造项目中，尽管各种油水井的功能同以前建设的已有系统类似，但是在井站系统的通信系统设计和产品、技术选型方面，却发生了本质的变化。
在产品选型方面，选用北京安控科技股份有限公司最新生产的高性能一体化RTU产品和无线仪表，安控产品既保留了其传统的高性能、高可靠性等特点，同时又全面支持最新的ZigBee无线技术。对于冀东油田已有系统的老RTU，也采用北京安控公司的ZigBee无线通信模块进行改造，扩充出无线通信接口。
在井站系统通信设计方面，井口仪表与井口RTU之间、井口RTU与计量站数据采集器之间，均采用先进的ZigBee无线技术，具备大容量、低功耗、高可靠性、高安全性的优点，代表了短距离无线通信技术的发展趋势，并由此带来施工简化、调试维护简单、建设周期短等优点。计量站与上级作业区监控中心之间的数据通信和视频传输，则采用了已有的光纤通信网络。
无线压力变送器
无线压力变送器选用的是北京安控公司的SZ903D产品，实时监测油压、油套的压力和注水井注水压力。SZ903D无线压力传感器，就地显示配置液晶显示器；采用防H2S腐蚀设计；适用于各种恶劣的使用环境；具有功能强、可靠性高、应用灵活、操作方便等特点。通过无线通讯协议与计量间进行数据通讯。
2.2.4无线网关
杆泵井采集器和计量站无线数据采集器主站，均选用了北京安控公司的SZ932无线网关产品。该设备具有1个Zigbee无线接口、1个RS485接口、1个RS232接口、1个TCP/IP网络接口，因此可以广泛用于以下场合：（1）实现第三方产品的协议转换；
（2）实现有线通信和无线通信之间的转换。
（3）作为网关设备，将有线RS232/RS485或者无线通信转换为网络数据传输；
在冀东井站自动化系统中，SZ932无线采集器可以通过标准的RS485通讯协议对螺杆泵变频数据进行采集，然后以Zigbee无线方式，将螺杆泵变频器数据传输到计量站，从而满足了第三方产品设备更好的接入。
另外，每个计量站的无线数据采集器同样也采用了SZ932无线网关。其作为井口设备的通信主站，以Zigbee短距离无线通信方式，与现场无线仪表或无线RTU通信；然后经网关通过光纤网络传输到作业区监控中心的上位机系统。
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dingxiubing 发表于 2014/4/18 13:07:32
2楼 回复本楼实际工作中没有接触过RTU，以上技术文章来自网上，仅供大家参考学习。
引用 dingxiubing 2014/4/18 13:07:32 发表于2楼的内容
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