油田井場(chǎng)監測中數據通信技術(shù)的應用論文
1監測數據通信系統總體設計
系統主要由三部分組成：其中現場(chǎng)傳感器節點(diǎn)是采集井場(chǎng)工況參數數據的核心設備，采用ZigBee技術(shù)，由ZigBee組成網(wǎng)絡(luò )終端節點(diǎn)進(jìn)行數據采集。終端設備可以通過(guò)軟件協(xié)調分時(shí)連接至多個(gè)路由設備從而與整個(gè)網(wǎng)絡(luò )通信。系統總體框圖如圖1所示。網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖2所示，傳感器節點(diǎn)具有本地數據采集傳輸和路由功能，其目的是為了實(shí)現數據的采集、融合和轉發(fā)，對采集到的數據和接收到的其他傳感器節點(diǎn)發(fā)送來(lái)的數據進(jìn)行綜合，再轉發(fā)到協(xié)調器節點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )的中心是協(xié)調器節點(diǎn)，它具有網(wǎng)絡(luò )協(xié)調、網(wǎng)關(guān)功能，主要負責建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò )并允許傳感器節點(diǎn)的加入，連接外部的通信設備，協(xié)調器節點(diǎn)通常連接到PC機或者使用其他方式（如Internet、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )和衛星等）與外界通信。系統可應用于井場(chǎng)內距離在ZigBee傳輸范圍內的多個(gè)機井，通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，增加網(wǎng)絡(luò )中路由節點(diǎn)，使單井數據可以轉發(fā)即可。整個(gè)系統構建模式層面清晰，易于維護管理，減少了線(xiàn)路布設，降低了線(xiàn)纜鋪設費用，也降低了現場(chǎng)安裝工序的復雜程度，避免了工作狀態(tài)下線(xiàn)纜損壞而帶來(lái)的設備故障。GPRS通信終端數目的減少有效降低了設備運營(yíng)產(chǎn)生的通信費用。自組織性能大大提高了數據傳輸能力，系統可移植性及可擴充性增強。
2系統硬件設計
2．1現場(chǎng)傳感器節點(diǎn)設計
在系統終端采集節點(diǎn)功能簡(jiǎn)單、結構精簡(jiǎn)，采用蓄電池供電，應用CC2430內部定時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生中斷對其予以喚醒，多數時(shí)間終端節點(diǎn)處于睡眠模式，這種工作模式能夠最大程度節約電能。該器件對電源敏感性要求相對不高，故電源模塊選用蓄電池為節點(diǎn)供電，以達到方便、便攜的目的。系統主要有兩個(gè)電源電路，一路5V電源為傳感器供電，一路3．3V電源為無(wú)線(xiàn)模塊供電。5V電源模塊選用一款1．25A的大電流、高精度、低壓差的LM2940芯片，工作時(shí)靜態(tài)電流低至240μA。
2．2節點(diǎn)傳感器模塊
現場(chǎng)傳感器節點(diǎn)被安裝在被監控對象上，采集抽油機井的載荷、位移等參量，為實(shí)現載荷、位移及電參數的實(shí)時(shí)采集，并與控制器及上位機監控系統進(jìn)行通訊和實(shí)時(shí)傳輸。節點(diǎn)傳感器模塊主要包括：主電機參數檢測；減速器參數檢測與故障判斷；游梁位移傳感器檢測；曲柄角速度檢測；抽油機載荷檢測。
2．3網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器節點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)）設計
網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)的功能包括建立網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)收發(fā)數據等。系統設計匯總網(wǎng)關(guān)包含ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的協(xié)調器，即網(wǎng)絡(luò )的建立者，主要負責ZigBee和GPRS的雙向數據、轉換協(xié)議。協(xié)調器節點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)）一直保持工作狀態(tài)，偵聽(tīng)監測網(wǎng)絡(luò )，執行各協(xié)議層的任務(wù)，隨時(shí)處理采集終端節點(diǎn)關(guān)聯(lián)、解關(guān)聯(lián)以及數據幀發(fā)送、接收請求等。各終端采集節點(diǎn)通過(guò)協(xié)調器與GPRS網(wǎng)絡(luò )校對時(shí)，使得網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步。通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )將數據發(fā)送回上位機監控室。ZigBee網(wǎng)絡(luò )中協(xié)調器與GPRS模塊之間通過(guò)串口連接，協(xié)調器將從終端子節點(diǎn)傳感器采集的數據匯聚后再傳至GPRS模塊內，通過(guò)內部的TCP／IP協(xié)議將數據打包封裝后發(fā)送至SGSN進(jìn)而與GGSN溝通后，井場(chǎng)SGSN將數據包傳送到上位機監控中心。網(wǎng)關(guān)經(jīng)過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )周期性采集抽油機井工況數據，再通過(guò)GPRS模塊實(shí)時(shí)地傳送至監測室中，監測中心接收到現場(chǎng)上傳來(lái)的數據后，通過(guò)內部網(wǎng)Intranet與管理終端實(shí)現共享。
2．4遠程監測中心
遠程監測中心是一個(gè)服務(wù)器，服務(wù)器上運行著(zhù)上位機軟件，當遠程監測中心接受到無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )采集的數據后，該軟件可圖形化顯示遠程油田上的數據。
3系統軟件設計
ZigBee節點(diǎn)的軟件設計開(kāi)發(fā)是在IAR、PacketSniffer、SmartRF04、FlashProgrammer等軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的聯(lián)合使用過(guò)程中進(jìn)行的，主要是完成節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )的建立與維護、各工礦數據的采集處理、采集數據的實(shí)時(shí)傳輸等功能。傳感器通過(guò)ZigBee把采集到的數據傳輸到協(xié)調器。每一個(gè)單獨節點(diǎn)上裝載有載荷傳感器和角位移傳感器，傳感器節點(diǎn)采用命令工作的方式對數據進(jìn)行采集。
3．1數據采集程序設計
采集時(shí)刻到來(lái)時(shí)，傳感器節點(diǎn)首先要打開(kāi)傳感器開(kāi)關(guān)，待傳感器工作穩定以后，系統工況數據采集流程圖采集得到的模擬電壓值將會(huì )被送入到AD口轉換成數字量。本系統使用的是CC2530內部集成的AD轉換器，此AD轉換器支持14位的模擬數字轉換，具有多達12位的ENOB，包括一個(gè)模擬多路轉換器，8個(gè)各自可配置的通道，可接受單端或者差分信號，以及擁有一個(gè)參考電壓發(fā)生器。ADC控制寄存器包括ADCCON1（ADC控制寄存器1）、ADCCON2（序列AD轉換控制寄存器2）、ADCCON3（單通道AD轉換控制器2）、ADCL（ADC數據低位）、ADCH（ADC數據高位）。
3．2數據傳輸程序設計
傳感器節點(diǎn)直接與協(xié)調器節點(diǎn)進(jìn)行通信，該過(guò)程中傳感器節點(diǎn)一直處于休眠狀態(tài)。協(xié)調器節點(diǎn)組網(wǎng)完成后，開(kāi)始發(fā)送廣播幀通知覆蓋所有傳感器節點(diǎn)，組建網(wǎng)絡(luò )。協(xié)調器接收到傳感器的入網(wǎng)命令后，要將此傳感器節點(diǎn)的IEEE地址保存下來(lái)，并立即向傳感器節點(diǎn)發(fā)送響應幀，允許此傳感器節點(diǎn)加入該網(wǎng)絡(luò )，協(xié)調器節點(diǎn)將一直進(jìn)行組網(wǎng)操作，直至整個(gè)超幀完結。
3．3網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)工作流程
網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)中ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器主控器將采集的工況數據通過(guò)RS－232串口傳送GPRS模塊，GPRS模塊內置TCP／IP協(xié)議會(huì )將數據打包發(fā)送至SGSN，進(jìn)而與GGSN通信溝通后對數據進(jìn)行處理后，經(jīng)SGSN發(fā)送至監測中心。網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)工作流程圖如圖5所示。
4結論
在單井區范圍局域內內引入ZigBee技術(shù)，由終端節點(diǎn)傳感器采集監測抽油機工作情況的各個(gè)參量，進(jìn)行數據采集傳輸，廣域上采用GPRS的兩層傳輸網(wǎng)絡(luò )架構，數據包經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行統一遠程傳輸至Internet，很大程度上能提高數據的集中化管理和互通。該設計融合了兩種無(wú)線(xiàn)傳輸手段的優(yōu)勢，搭建的網(wǎng)絡(luò )結構具有傳輸可靠性高、抗干擾性能強、網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單明了等優(yōu)點(diǎn)，可以自動(dòng)管理、組網(wǎng)靈活、具有較強的可擴展性，經(jīng)濟性能高，在油田井場(chǎng)抽油機工況實(shí)時(shí)監控方面具有廣闊的應用前景。
【油田井場(chǎng)監測中數據通信技術(shù)的應用論文】相關(guān)文章：
網(wǎng)絡(luò )編碼中數據通信技術(shù)的應用論文03-17
關(guān)于虛擬現實(shí)技術(shù)在油田培訓中的應用探討論文03-15
移動(dòng)互聯(lián)下的數據通信安全技術(shù)應用論文03-17
油田地面工程設計中3D打印技術(shù)的應用論文12-02
圍堰技術(shù)在水利施工中應用論文03-16
電力技術(shù)在電力調度中的應用論文03-16
電力技術(shù)中電力節能技術(shù)應用分析論文03-16
- 相關(guān)推薦