专利名称：基于ZigBee网络的RTU油井远程测控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于ZigBee网络的井场RTU油井远程测控系统。
背景技术：
每一个油田都拥有众多的油气井，并且分布在山川旷野里，油气井的管理方式多为人工每日值守，定时检查设备运行情况，记录相关数据。这种方式增加了用工人数，加大了护井工劳动强度，最重要的是影响对设备的监控。当抽油机、电泵出现微小故障时，往往很难被人工及时发现，从而得不到有效地防护与控制。为了能有效地发现油井、地层、油藏的变化，可用油井远程测控系统，通过在抽油机上安装位移传感器和载荷传感器，检测抽油机的工况，实时在线监测抽油机工作参数，及时发现故障并报警，及时维护。现有的井场RTU一般采用485有线或者433MHz无线透传方式传送，一般每天要采集100多条数据，实际有效数据最后只剩余7 80条数据，数据丢失严重。现有的油井远程测控系统都采用不带自组网的无线透传模块，组网能力弱，可扩展性较差。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于ZigBee网络的RTU油井远程测控系统，利用ZigBee无线模块自组网，网络数据传输相比普通无线传输具有安全、可靠、低功耗等优势，解决了原有通过RS485有线或者433MHz无线透传数据通信误码率高的问题。本实用新型的技术方案是一种基于ZigBee网络的井场RTU油井远程测控系统，包括井场RTU、示功图测试单元、电机测控单元和监控中心，其特征是井场RTU外接ZigBee协调器、示功图测试单元外接ZigBee终端、电机测控单元外接ZigBee路由器组成大型的无线网络；井场RTU把各示供图测试单元采集到的数据传输到增压点，并根据增压点要求对各个电机测控单元通过ZigBee无线发送轮询扫描指令及相关控制指令，实现对抽油机示功图和电参数据采集及管理控制；将抽油机功图数据和电参数据保存至后台数据库，供实时查询计算；示功图测试单元完成油井井口示功图冲次、冲程、载荷数据采集、计算，并将生成的地面示功图在井场RTU的扫描控制下通过ZigBee无线传输给井场RTU ；电机测控单元全天候监测电机三相电参数和远程控制电机启停；监控中心通过以太网接口与RTU通讯，定时轮询一个站下多个井场的RTU，将井场RTU定时轮询到的每口井电参数据、功图数据传输给后台服务器，在后台服务器可实时查看每口井三相电参数据、功图数据。本实用新型具有通讯距离远、接口丰富、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性，数据通信稳定可靠，满足了当下油田对数据准确性的要求。
图1是RTU油井远程测控系统组网图。图2是井场RTU控制单元框图。
具体实施方式
如图1所示，油井远程监控系统主要由井场RTU、示功图测试单元、电机测控单元、监控中心等四部分组成，该产品安装在抽油机及井场上，用于长期监测抽油机示功图、电机运行的电压和电流等参数，远程控制抽油机的运行和停止。通过与井场其它设备的连接，还可实现测试注水井流量、注水压力和井场外输管线压力等参数，调配注水井流量的功能，从而实现井场远程自动化测试、自动化控制。RTU作为组织者，其通过RS232接口外接ZigBee协调器(Coordinator)，功图采集模块由于使用太阳能供电，必须考虑功耗，所以必须外接终端设备(EndDevice)并且配置为低功耗模式，电参采集模块不考虑功耗，所以采用路由器(Router)。⑴井场RTU功能、性能井场RTU主控单元是油井远程监控系统的控制核心，集通讯管理、数据采集、数据存储、ZigBee无线通讯为一体的数据采集终端，对整个数据采集系统进行协调和管理，把各示供图测试单元采集到的数据传输到增压点，并根据增压点要求对各个电机测控单元通过ZigBee无线发送轮询扫描指令及相关控制指令，实现对抽油机井功图和电参数据采集及管理控制的功能。将抽油机功图数据和电参数据保存至后台数据库，供实时查询计算。如图2所示，该RTU采用三星公司ARM9微处理器S3C2440A，具有400MHz高速主频，软件采用嵌入式实时操作系统UC/0S-1I，核心部分采用美国AD公司性能卓越的8通道12位高速SPI型A/D转换器，A/D转换速度最快可达1MSPS，完全适用于要求快速、高精度、实时的工业测控场合。该RTU同时具有8路16bit 4 20mA模拟量输入，8路光耦隔离型开关量输入，8路继电器输出，一路RS232，一路RS485，SDRAM数据RAM、NANDFLASH存储空间、N0RFLASH程序空间，一个以太网接口。用户可设置对示功图单元及电机测控单元采集间隔、内置2. 4GZigBee无线数据传输模块，可同时对最大20 口井示功图测试单元和电机测控单元轮询扫描功图和电参数据等功能；实现了功图和电参数据同步采集，使抽油机工况诊断和产量计量更准确、具有短路保护，在外部传感器短路的情况下具有保护能力，使得系统可靠耐用；设备运行状态自动检测，可检测功图测试单元、电机测控单元运行状态，如出现故障可产生报警信息，便于设备快速检查和维修；工作温度-40°C 85°C，野外工作环境；结构简单，运输、安装、使用、维护方便。⑵示功图测试单元功能、性能示功图测试单元主要完成油井地面(井口)示功图冲次、冲程、载荷数据采集、计算，并将生成的地面示功图在井场RTU的扫描控制下通过ZigBee无线传输给井场RTU。示功图测试单元是智能化抽油井示功图测试组件，通过内置加速度传感器输出的加速度信号积分求出当前抽油机光杆上下运动冲程，能够准确测量抽油机当前冲次、冲程、载荷，并能实时提供示功图，为分析抽油机井下工作情况、计算油井产量带来依据。示功图测试单元采用“载荷一位移” 一体化结构形式和马蹄型载荷传感器的结构设计，使得产品现场安装简单。示功图测试单元数据处理采用ARM系列32位微处理器，数据传输采用ZigBee无线传输方式并具有数据自动纠错功能，具有测试实时、安全等优点。⑶电机测控单元功能、性能电机测控单元是远程智能化的电机测控仪器，能全天候监测电机三相电参数和远程控制电机启停。⑷监控中心软件监控中心软件主要通过以太网接口与RTU通讯，定时轮询一个站下多个井场的RTU，将井场RTU定时轮询到的每口井电参数据、功图数据传输给后台服务器，在后台服务器可实时查看每口井三相电参数据、功图数据；监控中心软件具有通过井场RTU及每口井上的电机测控单元实现每口抽油机远程启动、停止功能，能够通过该套系统实现井场无人值守,远程操控。使用前，先用RTU上位机驱动软件按照油井实际情况配置好相关参数通过以太网接口写入RTU，上位机必须安装SQLSERVER数据库并初始化数据库，之后将RTU标准化配置模板.xls按照油井实际情况配置，主要是RTU的IP地址、是否启用RTU、功图采集模块及电参采集模块地址、是否启用功图采集模块及电参采集模块等，配置好后用数据导入工具导入数据库。RTU必须先上电(ZigBee网络要求协调器先工作)，之后功图采集模块和电参采集模块上电，功图采集模块第一次使用必须预热30分钟，用以获得一些累积数据，电参采集模块上电即可工作，启动上位机RTU驱动软件之后即可以获得示功图数据。井场RTU通过ZigBee无线网络分别采样位于抽油机光杆处的功图采集模块传来的数据以及位于电控箱处的电参采集模块传来的数据，并将其记录在RTU内部RAM存储器中，每口井的功图米样时间约为15s,间隔10分钟米样一次，电参的米样时间为3s,间隔80s采样(电参位于功图采样之后)。轮询到的功图及电参数据可以采用MODBUS TCP协议并通过以太网接口传输到电脑，可以和上位机RTU驱动软件或者第三方组态软件通信。每一个RTU可以轮巡20 口井功图和20 口井电参数据。对于通信距离不够的情况，可以增加一些ZigBee路由器(Router)用以延长通信距离，每个路由器可以下挂6个节点，每个节点又可以下挂6个节点，依次类推，可以组成星型、网型、Mesh等大型网络，共可以有65535个节点。通过现场实际使用证明，采用ZigBee网络的RTU油井监测系统，数据通信稳定可靠，满足了当下油田对数据准确性的要求。
权利要求1.一种基于ZigBee网络的井场RTU油井远程测控系统，包括井场RTU、示功图测试单元、电机测控单元和监控中心，其特征是井场RTU外接ZigBee协调器、示功图测试单元外接ZigBee终端、电机测控单元外接ZigBee路由器组成大型的无线网络； 井场RTU把各示供图测试单元采集到的数据传输到增压点，并根据增压点要求对各个电机测控单元通过ZigBee无线发送轮询扫描指令及相关控制指令，实现对抽油机示功图和电参数据采集及管理控制；将抽油机功图数据和电参数据保存至后台数据库，供实时查询计算； 示功图测试单元完成油井井口示功图冲次、冲程、载荷数据采集、计算，并将生成的地面示功图在井场RTU的扫描控制下通过ZigBee无线传输给井场RTU ； 电机测控单元全天候监测电机三相电参数和远程控制电机启停； 监控中心通过以太网接口与RTU通讯，定时轮询一个站下多个井场的RTU，将井场RTU定时轮询到的每口井电参数据、功图数据传输给后台服务器，在后台服务器可实时查看每口井三相电参数据、功图数据。
专利摘要本实用新型提供一种基于ZigBee网络的RTU油井远程测控系统，包括井场RTU、示功图测试单元、电机测控单元和监控中心，其特征是井场RTU外接ZigBee协调器、示功图测试单元外接ZigBee终端、电机测控单元外接ZigBee路由器组成大型的无线网络。具有通讯距离远、接口丰富、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性。
文档编号E21B47/00GK202900242SQ20122059097
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者苏振 申请人:西安冠林智能科技有限公司