基于无线网络的抽油机井数据采集控制系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抽油机井数据采集控制系统及其方法，具体地说是一种基于WIA-PA工业无线网络的抽油机井数据采集控制系统及其方法。
【背景技术】
[0002]近年来，基于井场、站、库等油气田生产现场的数据采集、过程控制、参数优化、管理决策等凸现重要，将自动化技术、通信技术、信息技术融合的油气生产物联网系统在智能识别、数据融合、数据应用等方面发挥越来越大的作用，油气生产物联网是油气田信息化建设发展的必然趋势。
[0003]油气生产物联网系统就是通过传感、射频、通讯等技术，对油气水井、计量间、油气站库及相关集输管网等生产对象进行全面的感知，实现生产数据自动采集和控制、油气田生产运行监控和管理，进而提高生产操作单元的自动化水平，进一步提高油气田生产决策的及时性和准确性。
[0004]目前油气田均已不同程度的实施了油气生产自动化、数字化建设。针对生产数据采集与控制系统有有线和无线两种方向，有线的采集与控制系统在施工、维护等方面均不便利，而目前的无线系统多是基于Zigbee系统设计，无线通信成功率低，无法保证全天监测数据的及时和准确性。
【发明内容】
[0005]本发明目的是提供一种用于WIA-PA工业无线网络中能够完全实现无线通信的抽油机井数据采集控制系统和方法。
[0006]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:基于无线网络的抽油机井数据采集控制系统，包括组态计算机、工业以太网、WIA无线网关、井口控制单元和数据采集终端；组态计算机通过工业以太网与WIA无线网关连接；井口控制单元设置于抽油机井口，与数据采集终端、WIA无线网关进行无线通信。
[0007]所述井口控制单元为多个，每个井口控制单元设置在一个抽油机井井口内；每个井口控制单元与仪表构成星形网络，还与WIA无线网关构成MESH网络。
[0008]所述井口控制单元包括处理器模块以及与其连接的I/O输入输出模块、三相电采集模块、本地通信模块、液晶显示模块、电源管理模块、数据远传接口模块和WIA无线通信模块。
[0009]所述三相电采集模块采用电阻、电流互感器、功率计量IC和信号隔离芯片；三相交流电的每相串联多个电阻后、通过滤波器与功率计量IC的电压输入通道连接，每相还通过压敏电阻接地；三个电流互感器分别穿过三相交流电线，每个电流互感器的正负输出端之间连有一个电阻与串联的两个电阻的并联电路，并联电路的两端之间连有限幅电路，限幅电路的两端通过滤波电路与功率计量IC的电流输入通道连接；功率计量IC的输出端经信号隔离芯片与处理器模块连接。
[0010]所述滤波器的输入端与地之间连有电阻、两个串联的电容和一个电容的并联电路；电容的两端分别与功率计量IC的电压输入通道连接；电阻接地的一端与两个串联的电容接地的一端之间还连有另一电阻，两个串联的电容之间的结点接地。
[0011]所述滤波电路包括电阻和电容；滤波电路的两个输入端分别通过电阻与功率计量IC的输入端连接，功率计量IC的两个输入端之间连有串联的两个电容和一个电容的并联电路；串联的两个电容之间的结点接地。
[0012]基于无线网络的抽油机井数据采集控制方法，包括以下步骤:
[0013]各数据采集终端将采集的抽油机数据发送至与其在同一抽油机井内的井口控制单元，该井口控制单元将抽油机数据和自身采集的电量参数信息发送至WIA无线网关，同时进行数据存储；
[0014]组态计算机通过工业以太网收到WIA无线网关发来的网络状态信息和各抽油机数据及电量参数信息，发送控制命令至WIA无线网关;WIA无线网关将控制命令下发至相应的井口控制单元；如果是控制命令，井口控制单元根据控制命令内容检测当前抽油机井状态并执行控制命令；如果是配置命令，则发送至相应的仪表进行参数修改与配置。
[0015]所述各数据采集终端将采集的抽油机数据发送至与其在同一抽油机井内的井口控制单元具体为:无线温度变送器将抽油机井内温度数据、无线压力变送器将抽油机压力数据、无线示功仪将功图数据无线发送至与其在同一抽油机井内的井口控制单元。
[0016]所述无线示功仪将功图数据无线发送至与其在同一抽油机井内的井口控制单元包括以下步骤:
[0017]示功仪与井口控制单元之间传输功图数据时包含O?η包数据，示功仪发出O号数据包后，等待接收到井口控制单元的应答数据包后，开始连续发送I?η-1号数据包，不需要应答；发送完成后发送η号数据包，等待接收到井口控制单元的应答数据包后，完成本次功图发送过程；
[0018]若收不到O或η号数据包的应答时，则示功仪启动重传，每间隔30s重传I次，共重传10次，若仍收不到应答，则放弃此次传输过程；
[0019]如整个传输的O?η号数据包有丢失时，进行补包过程，即发送η号数据包后，等待井口控制单元应答数据包，在应答数据包中包含了井口控制单元数据包不完整信息和缺失的数据包序列号，示功仪连续重传该不完整数据包，并再发送η号数据包，直到接收到井口控制单元应答功图数据完整后，结束本次传输过程。
[0020]所述电量参数信息包括抽油机三相电压、三相电流、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率、线路频率、有功电能、电流图。
[0021]本发明具有以下有益效果及优点:
[0022]1.本发明实现了抽油机井数据实时自动采集，为油气物联网数据分析和指导生产提供直接的数据信息。
[0023]2.WIA无线网络在可视距离300米范围内可直接通信，并且井口控制单元RTU均有无线路由功能，有障碍物遮挡或无线信号不佳时可以通过多跳网络实现数据通信，通信成功率达到99%，保证数据可靠性。
[0024]3.采用无线温度变送器、无线压力变送器、无线一体化示功仪和使用无线网络远传数据的井口控制单元设计，开通安装便捷，节约人力成本，解决布线不便和不利于维护等问题。
[0025]4.采用WIA-PA无线通信技术，井口控制单元同时可支持有线及无线通讯，实现了油田现场的全自动化，不但实现了抽油机运转情况的实时监控，为及时处理故障提供条件，还解放了大量人力，有利于优化人力资源配置。无线技术简化了现场设备的布线和设置，优化了现场布线及安装。
[0026]5.三相电采集模块采用隔离技术，与RTU其他部分实现了隔离，保证了 RTU本身的安全性。
[0027]6.实现了 RTU与电量采集一体化设计，能够采集三相电的参数信息，井口控制单元是井口抽油机数据采集、处理、控制设备，对各种输入量的数据进行数据采集、处理和存储并进行转发。
【附图说明】
[0028]图1为本发明的系统组成框图；
[0029]其中，11组态计算机，12实时数据库，13网线，14工业以太网，15WIA无线网关，16阻挡物，17WIA无线网络，18井口控制单元，19、20、21仪表；
[0030]图2为本发明的上行数据流程框图；
[0031]图3为本发明的下行数据流程框图；
[0032]其中，23WIA无线通信模块、24处理器模块，25三相电采集模块，26WIA无线收发模块，27数据采集与处理模块；
[0033]图4为示功仪与井口控制单元传输功图的流程图一；
[0034]图5为示功仪与井口控制单元传输