油田抽油机智能分布式监控系统

１ 系统 结构 监 控 系统 由分布 在 现 场 的远 程 测 控 终 端 （ 从
测 和与 Ｐ Ｃ通信 ４部分组 成 ， 图 ２所 示 。处理 器 如
采 用 Ａ ８ Ｓ １进 行 数 据 的 采集 、 理 与 显 示 ， Ｔ ９５ 处 并
通 过 ４ ５总线传 送 到远程 Ｐ ８ Ｃ机 ， 位 Ｐ 上 ｃ机 可 以 实 时监 控油 田抽 油 机 的运转 状 态 ， 有 异 常 则 发 如 出报警 信号 。
大 致 在 ５～ ０ ， ． ｓ ６ ｓ７ ５ 的反 应 时 间完 全 可 以满 足 测 速 的要 求 。
３ ４ 转 速显 示 ．
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任 伟 ， 艳 ． 从 分 布 式 网 络 监 控 系 统 的 设 计 与 实 王 主
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第 １ ０期
杨 久 红 等 ． 田抽 油 机 智 能 分 布 式 监 控 系 统 油
１３ ２７
３ ５ Ｒ ２ ２ Ｒ ４ ５转换 器 电路设 计 ． Ｓ ３ ／ Ｓ ８ Ｒ ２ ２ Ｒ ４ ５ 转 换 器 使 用 ＭＡ ２ ２ 和 Ｓ３ ／ Ｓ ８ Ｘ３ Ｍ Ｘ８ Ａ ４ ５芯片 ， Ｃ使用 Ｒ ２ ２九针 串 口中 的 Ｄ Ｒ Ｐ Ｓ３ Ｔ 线 控制 ＭＡ ４ ５的 接 收 与 发送 ， Ｘ ８ Ｘ８ ＭＡ ４ ５为 标 准 Ｒ ４ ５总线 而 设 计 的 一 款 半 双 工 芯 片 ， 大 数 据 Ｓ８ 最
转 速 显示 一
机） 和监 控 中心计 算机 系统 组成 ， 图 １所示 。 如
断绳梭测 卜
Ｍ ＣＵ
转速 检 测
与ｃ Ｐ通信 ｝ ｛
图 １ 监控 系统结构 示 意 图
图 ２ 从 机 监 控 电路 结 构 示 意 图
系统包 括断 绳检测 模块 、 速检 测模块 、 速 转 转
３ ２ 抽 油 机 断 绳 检 测 ．
显 示模 块 和 Ｒ ２ ２Ｒ ４ ５转 换 模 块 。系 统 采 用 Ｓ３ ．Ｓ８ Ｒ ４ ５网络 实 现信 号 的差 动 传 输 ， Ｍ Ｘ ８ Ｓ８ 由 Ａ ４ ５芯 片接 口 电 路 将 Ｒ ２ ２ 电平 转 换 为 Ｒ ４ ５电 平 。 Ｓ３ Ｓ８
收 稿 日期 ：０ １ ６ ０ ２ １ － －８ ０
为 了保证 主 机与所 选 择 的从 机 实现可 靠 的通
信， 必须 给每 一 个 从 机 分 配一 个 唯一 的地 址 。本
基 金 项 目 ： 东 省 教 育 部 产 学 研 结 合 项 目 （ ＸＹ ０ ０ １ ） 广 广 Ｃ ２ １０ ０ ； 东 省 梅 州 市 自然 科 学 基 金 项 目（０ ０ Ｊ０ ） ２ １ Ｋ Ａ ８
目前 油 田地 面 开 采 设 备 主要 是 游 梁 式 抽 油 机， 以往抽 油机 的监 控都 由巡视 员 、 维修工 定 时定 期巡 回检查 来 完 成 ， 在具 体 实 施 中存 在 作 业 流 但 程复 杂 、 测 周 期 长 、 差 大 及 费 用 高 等 很 多 不 监 误
足 “ 。因此 迫切需 要造 价低 、 能全 、 作 简便 性 操
流 程如 图 ７ ８所示 。 、
５ 结束 语
油 田抽油 机具 有 分 散 范 围 广 的特 点 ， 于 这 对 种监 控范 围较 大 、 监控点 数较 多的情 况 ， 监 控 工 将 作分 散进 行 、 控结 果集 中管 理 ， 以减少 人 员 的 监 可 参 与 ， 发生故 障 或异常 运行 时 ， 以实 现迅 速 报 且 可 警， 尽量 减少停 机 时 间 ， 早 恢 复 正 常生 产 ， 石 尽 为 油 开采 的 自动 化和 智能化 管理 提供 一种 可行 性 的 方 案 。 另 外 ， 抽 油 机 状 态 监 测 系 统 中 采 用 在 Ｒ ４ ５总线结 构 将各 抽油 机联 网 ， Ｓ８ 系统 扩展 方便 ， 安 全可 靠 。
—ｒ Ｕ — 、Ｉ ＶＣＣ
Ｉ Ｕ
中产 生 ８个 脉 冲 ， 过 对脉 冲 的计数 ， 将 它换 算 通 并
ＤＩ
成 转 速 ， 发送 到 Ｐ 再 Ｃ机 ， 可 以辨 别 当 前 抽 油 机 就
是 否 正常 工作 。一般 情 况下 ， 由于机 械磨 擦 等 原 因 ， 速 电路 和测速 电路不 可能 计算 地非 常 精确 ， 控 通 常会 出 现 ４１／ ｎ的 误 差 。 但 在 实 际 生 产 过 － ｒｍｉ 程 中测 速精 度 在 ± ｒｍ ｎ之 内是 允许 的。 ３／ ｉ 当 电机速 度改 变 时 ， 检测 模 块将 在 ７ ５ ． ｓ内将
在 此监 控 系统 中 ， 由于各从 机共 享 串行总线 ， 为避 免 总线 资源 的争 抢 ， 系统使 用分 时通 信 ， 主机定 时 轮流与 各从 机进 行通信 。
２ 通 信协 议
断 绳检测 部分 如 图 ３所示 。抽 油井 绳在 长 期 使 用过 程 中有可 能 出现 被拉 断 的情 况 ， 了检 测 为 断绳情 况 ， 检测 导线 附在抽 油机 的 吊绳 上 ， 将 当抽 油 机 吊绳发生 断绳 时 ， 测导 线被 拉断 ， 检 检测 导 线 电阻 明显增 大 ， 而判 断故 障的发 生 ， 经 由单 片 从 并 机将向 Ｐ Ｃ机 发送 断绳警 报 。
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转 速显 示部 分如 图 ４所示 。在抽 油机 控 制器
中设有 转速 显 示 ， 便 实 时观 测 。 为 了 防止 单 片 方
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图 ３ 单 片机检 测 断绳 和速度 电路 ３ ３ 转速 检测 ． 转速 检测 部 分 由光 源 、 电 阻 和 附 加 电 路 组 光
使 用 Ｕ Ｂ供 电。Ｒ ２ ２ Ｒ ４ ５转 换器 电路 如 图 ５ Ｓ Ｓ ３／ Ｓ８
所示。
干
ｒ ｃ ４
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成 ， 图 ３所示 。用 于 检测 当前 电机 转动 速 度 ， 如 电 机 转 盘上设 有 光 栅 ， 电机 每转 一 圈会 在 检 测 电路
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速度变化发给 Ｐ Ｃ机 ， 际上 抽 油 机 的抽 油 周 期 实
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ＰＨ Ｓ ＥＧ Ｇ ４ ４ ５ ３
图 ４ 转 速 显 示 电 路
图６ Ｐ Ｃ软 件 界 面
１３ ２８
化
工
自 动 化
及
仪
表
第３ ８卷
从 机软件 开发 用 Ｃ １ 实现 ， ５来 编译 工 具 选 择 ｋ ｉＣ １编译 器 。程 序 共 分 五 大模 块 ： 始 化模 ｅｌ ５ 初 块、 键盘 扫描 模 块 、 据采 集 处 理 模 块 、 据 显示 数 数 模 块和 数据 发送模 块 。从机 主程 序 和 中断 子程 序
机 争抢 资源 ， 速显 示 电路采 用 静态 显示 。 转
ＤＩ Ｐｌ Ｓ
９ ＢＩ Ｓ ＥＧ Ａ ｌ Ｏ Ｉ Ｓ Ｎ Ａ ＥＧ Ｂ ｌ １ Ｉ Ｓ Ｎ Ｂ ＥＧ Ｃ １ ２ Ｉ ＥＧ Ｄ Ｎ Ｃ Ｓ ｌ ３ Ｉ Ｓ Ｎ Ｄ ＥＧ Ｅ
抽油机的工作状况。Ｐ ｃ机 与 进 行 数 据 采 集 的 多 台 单 片 机 通 信 ， 机 采 用 Ａ ８ Ｓ ｌ单 片 机 进 行 数 据 采 从 Ｔ９５
集 ， 有 实 时数 据 采 集 、 据 显 示 及记 录 和 超 限报 警 等 功 能 ， 具 数 实现 了对 抽 油 机 转 速 、 矩 、 出流 量 、 油 转 输 抽
杆 应 力 及 环 境 温 度 等 参 数 的 实时 监 测 ， 为安 全 生产 提 供 了保 障 。
关 键 词 抽 油 机 单 片 机 分 布 式 监 控
中图分类号
Ｔ ２７ Ｐ ７
文 献标 识码 Ｂ
文 章 编 号 １０ —９ ２ ２ １ ）０１ ３ —３ ００３ ３ （ ０ １—２ ６０ １
＿— — ＿— —
Ｍ ＡＸ４８ ５
图 ５ ＲＳ ３ ／ Ｓ ８ ２ ２ Ｒ ４ ５转 换 电 路
Ｐ ０ ０．
＿
一
４ 监 控 系统 软件 设计
＿
一
Ｐ ． ０３
Ｐ Ｃ机 软件 是用 Ｖｓａ Ｂ ｓ ． 实 现 的 ， ｉ ｌ ａｉ ６ ０来 ｕ ｃ 为 用户 提供 一个 可 视化 的监 测界 面 ， 用户 可 以直 观 、 方便 、 捷地 了解 抽 油机 的运 行状 态 。Ｐ 快 ｃ机 端 软
传 输 率 为 ２ ５ ／ ， 总线 共 地 连 接 的 情况 下 可 ． Ｍｂ ｓ 在 在 １ ２ ｍ 范 围 内可 靠 地 传 输数 据 川 。ＭＡ ２ ２ ．ｋ Ｘ ３
为标准 Ｒ ２ ２和 ， Ｌ数 据 交 换 的接 口芯 片 。 为 Ｓ３ ｒ Ｔ 了 Ｒ ２ ２ Ｒ ４ ５转 换 器工 作 的稳 定 可 靠 ， Ｓ ３／ Ｓ ８ 转换 器
化
工
自 动 化
及
仪 表
第３ ８卷
油 田抽 油机 智 能分 布 式 监控 系统