基于ZigBee的游梁式抽油机运行监测系统设计
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科技应用
42 2015年10期
基于ZigBee的游梁式抽油机运行监测系统设计
刘 旭1 唐灵文2 廖 航3 薛丽娜4
四川省成都市新都区西南石油大学,四川 成都 610500
摘要:本文针对油田作业时传统的人工对抽油机工况实行数据采集方式效率低下,不能及时发现抽油机出现的故障,甚至有
时会危机工作人员生命的问题,提出基于ZigeBee技术的游梁式抽油机检测故障诊断系统的设计,不仅提高了故障诊断效率
而且相比较GPRS,GSM等数据采集传输方式还具有较低的运行和维护成本的优点。这对于油田对抽油机工况进行实时监测,
保证油井抽油机安全高效生产具有重要意义。
关键词:ZigBee技术;抽油机;监测;诊断
中图分类号:TE933.1;TP277 文献标识码:A 文章编号:1671-5780(2015)10-0042-01
1 引言
目前油田普遍采用有杆抽油的方式采油,有杆抽油装置
主要由三部分组成:抽油机,抽油杆和抽油泵。抽油机工况
环境恶劣,井下抽油泵工作环境复杂,多蜡、多砂、强腐蚀
性等环境严重影响抽油机工作状况,造成抽油机工作事故时
常发生进而造成抽油机停运,给单位带来巨大的经济损失。
因此,抽油机运行状况第一时间获取工况参数并作出准确的
状态检测报告具有极其重要的意义。然而,就目前来说国内
很多油井仍然是采用人工巡检的方式对抽油机工况进行监
测,这无疑不能满足对抽油机高效率及时的状态监控的现代
油田生产要求。未来油田生产无疑将会向着智能化,数字化
方向进行,要求对于抽油机运行状况的监测以及故障诊断更
是要求其第一时间诊断并找出故障源。无线ZigBee技术为
平台的实时监控系统是今年发展并运用较好的新型数字化、
自动化油田监控技术。本文采用ZigBee技术设计一套抽油
机实时监测与诊断系统。
2 抽油机运行监测系统工作原理
ZigBee局域网中与终端节点相嵌套的传感器负责采集
表征抽油机运行状况的回压、载荷、位移等十几个运行参数
数据,然后由终端节点把数据传输到ZigBee协调器中心节
点进行汇总。在软件程序的设置下协调器中心节点每隔一段
时间将汇集的数据借助GPRS无线通讯在Internet平台上进
行数据传输,从而实现远程监控抽油机工况。
3 监测系统的硬件设计
ZigBee无线网络的节点设计包含了网络协调器节点和
终端节点设计。终端节点是用来将采集到的抽油机运行参数
收集并根据协调器节点指令定期发给协调器中心节点。终端
节点安装于抽油机上,有电池供电。本系统设计采用TI公
司的CC2430芯片为设计平台搭建。CC2430内部设置定时终
端功能,对节点终端节点进行唤醒。大部分时间终端节点处
于休眠模式,这样可以大大节省能耗。终端节点原理图如图
1所示,传感器采集数据后送入调理电路将信号转换成电压
或者电流信号,并送入CC2430芯片,再经过A/D转换,采
样处理后由ZigBee无线发射器送至网络协调器节点。
网络协调器节点的任务是负责建立网络无线收发数据,
它是ZigBee与GPRS之间的双向数据转换协议。网络协调器
节点一直保持对采集终端的节点关联、解关联、数据帧发送
与接收请求的侦听状态,管理终端数据的传输。各终端网络
时间同步是由协调器与GPRS网络校对实现的。GPRS网络可
将数据传输至中控室进行远程监控抽油机的工况。原理图如
图2所示。
图1 终端节点设计原理图
图2 协调器节点设计原理图
ZigBee网络协调器与GPRS模块之间的连接时串口通信
实现,内部的TCP/IP协议打包数据传送至SGSN而后于GGSN
沟通,进而SGSN将数据传送至上位机。GPSR模块用深圳宏
电H7710系列,GPRS宽带40-100kbps,此信道提供TCP/IP
连接。ZigBee网络周期性收集抽油机工作参数,经由GPRS
传输给监控室进行处理、识别、诊断。
4 监测系统软件设计
ZigBee网络软件开发平台为IAR Embedded Workench嵌
入式集成开发环境,此开发环境包括了代码编辑器、C/C++
编译器、工程建立、调试和连接等各类开发工具。在IAR
Embedded Workench嵌入式开发平台上可以对ZigBee网络协
调器进行编程,通过指令原语控制新建ZigBee网络。建立
好了信号通道,数据被传输回中控室上位机后,利用模糊神
经网络原理编制算法对所得参数进行分析,判断故障类别,
从而达到对抽油机工况监控的目的。
5 结论
将ZigBee技术应用于油田抽油机工况检测,既可以成
功规避了以前人工巡检的低效率、监测的不及时性,而且是
一种运行,维护成本都比较低的现代自动监测方式。这符合
未来油田自动化、数字化的要求,同时也将是必然的发展趋
势。
参考文献
[1]王长清,杨琳琳.基于ZigBee技术的体温监测系统的设
计[J].河南师范大学学报:自然科学版,2014(1):41-45.
[2]谭笑,徐小力,马超,等.水基动力无杆抽油机状态监测
及故障诊断系统[J].北京信息科技大学学报:自然科学版,
2013(5).
CC2430
电源5V
调理电路
温度传感器
位移传感器
3.5V
CC2430
电源
FLASH
GPRS模块
复位,晶振以
及周围简单电
路
RS232