基于无线数传技术的现场参数自动巡检系统
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生产过程现场参数的变化情况直接反映生产情况, 所以及时有效地获得现场参数显得尤为重要。目前, 我国各油田的井口数据主要由人工抄表的形式获得, 尤其在边远地区, 其劳动强度非常大, 成本也很高,数据的实时性差, 数据的管理也完全依靠人工报表的形式, 且数据往往还不真实。主要表现在: 巡检难度大、报表不及时、信息不全（不能连续计量）、监测精度低、实时性差等, 也不利于全面数字化管理和数据分析。据此, 我们研制并开发了一种能自动检测井口参数的网络化无线自动检测、报警及管理系统, 即实现现场数据无线实时传输、无线报警、无线起停控制以及巡检自动化和无人职守等功能, 既可以减少人为因素造成的损失、降低劳动强度, 同时也具有一定的防盗功能。
智能型无线网络现场参数自动巡检系统是集最先进的无线传输技术、计算机技术、传感器技术、自动控制技术等先进技术于一体的大型计算机监测与控制系统。适用于各个采油厂或矿站、大型厂矿特殊环境下的无人职守。该系统主要用于油田现场实时数据采集、数据通信、传输、报警、数据管理、分析等, 实现监控及巡检完全自动化。提高了井口地面监控系统的自动化程度和管理水平, 保证地面仪表系统的可靠性和稳定性;实现了数据的分布式管理、全信息检测与记录、数据长期保存、自动数据分析管理。
1 基本设计思路及系统结构
系统由两大部分组成, 现场部分和中心站部分。现场部分主要完成数据采集和数据传输; 中心站部分主要完成数据循环呼叫及数据通信、数据管理和维护、报警管理等功能。
1. 1 现场部分
现场仪表开发拟采用基于AT 89C51 的单片机开发系统作为核心, 主要监测现场三相电流、一相电压、功率因数及井口压力等, 正常情况下每500ms 巡检一次,每次把结果记录保存, 正常记录数据在现场仪表中可以循环记录185 天。同时还记录起停数据、异常数据、报警以及累计用电量等参数。基本电路结构如图1。
1. 2 中心站部分
中心站结构很简单, 主要包括: IPC 工业控制计算机1 台、打印机1 台、长时间UPS 电源1 台、25W 无线数传MODEM 1台及配套全向天线、声光报警系统、GSM 报警系统、配套控制及管理软件等, 系统结构框图见图2 的中心站部分。
1. 3 系统结构
该系统在安装结构上具有很大的灵活性, 既可以点对点通信, 也可以实现点对多点的分布式结构。不管是那一种使用方式, 现场安装结构是完全一样的。点对点结构主要用在边缘地区井, 当该井不能直接与中心站通信时, 则可以通过某个邻近井仪表系统进行中继传输, 既可实现邻近井数据相互通信传输, 也可实现主控室与现场的数据通信。点对点无线数据传输系统布置结构见图2。从微观的角度讲, 在某个时刻, 整个系统实际上是以点对点结构在运行的, 所以系统的规模也没有严格的限制, 理论上现场站点的数量是不受限制的。
2 系统软件设计与功能实现
2. 1 系统软件
集中监控及管理软件采用目前最流行的DEL PH I6 开发。主应用程序名为JW - 3. EXE, 在PW IN 98 操作系统环境下运行, 主要模块包括: 界面管理、数据通信、数据处理、状态识别、数据管理、系统设置、查询、报表、网络管理、权限管理、词典库管理等功能模块, 系统主要操作功能模块见表1。该系统具有自动报警、自动数据传输、历史数据管理、数据分析手动呼叫等功能。
表1 JW- 3 系统主要操作功能模块
方式采用两种方式: ①声光报警, 在中心控制室及显示屏上对应站点坐标位置设置异常闪烁标志, 且在异常记录数据文件中保存, 供日后查询; ②通过工业GSM 移动电话发送短消息到值班管理者的移动电话中, 提示某口井目前运行异常情况。
经过多次现场试验, 在使用过程中采用呼叫应答方式完全可以保证系统数据真实可靠, 当数据校验出现异常时, 申请重新呼叫及数据传输。
2. 2 系统功能与特点
JW - 3 系统现场仪表具有如下主要功能和特点:
①现场参数实时监测, 实现动态监测井口压力、三相电流和一相电压、起停泵记录、异常记录、用电量等且长时间保存。
②实时无线数据传输, 系统网络化设计, 有利于系统扩展及网络化管理。
③集中管理分散控制, 现场实现实时数据采集、数据传输、异常报警、紧急停机、自启延时、长时间数据记录（可连续存储1～ 185 天的监测数据） 等。
④数据管理与分析软件, 日报表、月报表、季报表、年报表等, 具有历史数据分析和管理。
⑤实现集中巡井功能, 判断现场起停原因, 故障时报警（现场和主控制室） , 引进最先进GSM 技术实现异常报警。
⑥可实现无线控制起停等。
⑦仪表系统可就地显示, 机壳全密封设计, 具有防尘、防盗、防潮及抗电磁干扰的特点, 一体化设计、安装和维护更简单快捷。
⑧低温自动加热装置设计。
3 结束语
我们设计的基于无线传输的JW - 3 型无线网络现场参数自动巡检系统已经经过多次调试、运行。以9600B/s 中断方式工作, 即使在通信距离较远的情况下, 我们的通讯系统也能正常工作。经过数月的调试运行, 证明系统设计合理, 运行可靠。由此可见, 这种实现方法是一种方便、可靠的通信方式, 完全可以在油田的数据传输与控制中得到广泛的应用。
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