专利名称：基于无线传感器网络和td-scdma的抽油机远程监测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属抽油机的远程监测技术范畴，特别是指局部范围的无线传感器网络结合TD-SCDMA公网、间接与直接测量法协同获取抽油机示工图，以及工况参数在线、离线分类上 传的基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法及系统。
背景技术：
2009年我国原油进口 2. 0379亿吨，对外依存度首次超过50%警戒线(2010年1月 20日国家发改委公告)。勘探、开发新油田是必要的，但更有效的是提升现有油井的原油产 量，而抽油机运行效率是原油高产稳定的关键因素。因此，全面监测抽油机的工况，并在此 基础上实现优化操作尤为重要。大庆是我国首屈一指的特大型油田，由萨尔图、杏树岗、喇 嘛甸、朝阳沟等48个规模不等的油气田组成，油田总面积约6000平方公里；抽油井达4万 余口，配备的主力装备为CYJY10-3-37HB异相型游梁式抽油机。大庆油井分散，人工现场采 集抽油机工况参数存在严重的时间滞后，工况参数包括电动机的电压、电流，抽油杆载荷、 位移(示工图)，井底(口)油压、套压，油温等，从生产的角度而言，各工况参数的重要性、 实时性是不同的。工程技术人员对抽油机工况参数的远程监测开展了广泛持久的研究，代 表性成果如下1、发明专利“油田用远程无线监控系统”(专利号ZL02109194.3)，提出采用专用 无线通信技术实现对油田的远程监控。2、发明专利“可遥控和闭环控制的智能抽油机”(申请号200510080347. 2)和“抽 油机测控终端”(申请号200610116038. 0)，提出通过GPRS公网实现抽油机的远程监控。3、发明专利“基于电力线工频通信的抽油机电机远程监测方法与系统”(申请号 200810239352. 7)，提出电力线工频通信与油田内部网络实现抽油机的远程监测。4、发明专利“无线网络智能示工装置及其控制方法”(申请号200410023624. 1)， 提出通过杆载荷与位移传感器具有相同作用特征点的关系，省掉杆位移传感器建立示工 图，并经GPRS远传抽油机的工况。5、发明专利“抽油井示功仪”(申请号2009100842. 1)，提出采用加速度传感器间 接测量杆位移和示功图，并采用无线技术远传示功图。上述有益探索的技术路线、方向是正确的，但仍存在亟待改进，进一步完善的不足 之处。首先，抽油机的工况参数传感器节点与参数处理节点间的有线通信方式，因油井环境 恶劣、风吹日晒，节点连线损坏是监测系统运行中的故障源之一；即使传感器节点连线埋在 地下，修井时不慎损伤连线的事故仍时有发生。其次，油田示功图是油井工作状态的重要表 征，示功图中纵坐标为抽油过程中杆载荷值，横坐标则为杆上/下冲程运行中的位移值 ’传 统方法是使用载荷/位移传感器直接测量，但载荷传感器价格昂贵、易损寿命短，而拉线式 位移传感器的可靠性欠佳问题迄今尚无良策；加速度传感器间接测量位移是不错的替代方 法，但存在累计误差和精度偏低的缺陷。第三，GPRS属2. 5G通信技术，国家公信部规划中已列入限制发展，而且2. 5G的带宽、速率较低，费用偏高，导致2. 5G数据业务未能在油田大 规模推广应用；因此，使用TD-SCDMA 3G替代2. 5G是技术进步的必然，其数据业务费用远低 于2. 5G。最后，油井抽油机优化操作涉及大量工况参数，全部通过公网实时上传会带来通信 费用剧增，根据工况参数的重要性对参数分类，应采用改进的实时在线上传和离线采集汇 总的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方 法及系统。基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法是无线传感器网络采 用ZigBee无线传感网络，抽油机监测中心发送现场采集指令，ZigBee无线传感网络中的各 传感器节点采集抽油机的工况参数，并将采集到的工况参数发送至ZigBee无线传感网络 中唯一的协调器节点，协调器节点对接受的数据进行是否为重要参数判断，若数据为重要 工况参数，则对接受的数据进行协议转换，并将转换后的TD-SCDMA数据包发送至TD-SCDMA 公网，TD-SCDMA公网中的GGSN网关对数据包再次进行协议转换，并将转换后的TCP/IP数 据包经Internet发送至抽油机监测中心，显示于抽油机监测中心的远程监测界面上；若数 据为一般工况参数，则保存于协调器节点中，待巡检员巡检时通过无线USB设备获取，采用 离线方式汇总至抽油机远程监测中心；抽油机示功图中的位移参数，协调器节点采用如下 公式修正消除加速度传感器间接测量位移存在的累积误差1U1 =1Vi 年
lU其中，Lu为双积分上/下冲程；Iu为上/下冲程设定值；、为i采样时刻推算的上/下冲程位移；、为为i采样时刻推算的上/下冲程位移的相应修正值位移。示功图正常时，由电机的电参数间接推算出杆载荷值，示功图出现异常征兆时，采 用载荷传感器直接测量杆载荷，确保位移参数的可靠性。基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测系统包括监测中心、 TD-SCDMA公网和局部范围的ZigBee无线传感器网络；抽油机远程监测中心通过Internet、 运营商的GGSN网关与TD-SCDMA公网相连，TD-SCDMA公网通过若干ZigBee/TD_SCDMA网关 与相应的ZigBee无线传感器网络相连；其中ZigBee无线传感器网络由若干传感器节点和 唯一的协调器节点组成，协调器节点兼作ZigBee/TD-SCDMA网关，GGSN网关把TD-SCDMA数 据包进行协议转换，传送到抽油机远程监测中心的Internet网络。所述的ZigBee协调器节点包括主控模块S3C2440、USB接口模块、TD-SCDMA无线 模块 TDM330、ZigBee 模块 CC2430、无线 USB 模块 CYWUSB6935 ；TD-SCDMA 无线模块 TDM330 通过USB接口与USB接口模块相连；USB接口模块的引脚1接+5V电压，引脚1依次与电容 Cl、地相连，引脚4、5、6接地，引脚2依次与电阻Rl、电阻R3、地相连，引脚3依次与电阻R2、 电阻R4、地相连，主控模块核心板S3C2440的第P12、Nll引脚分别与电阻Rl和R3的中间 点、电阻R2和R4的中间点相连，主控模块核心板S3C2440的第K9、P9、U13、L9引脚分别与ZigBee模块CC2430的第13、14、15、16引脚相连，主控模块核心板S3C2440的第H16、N9、 E3、R11、K10、L11、T9 引脚分别与无线 USB 模块 CYWUSB6935 的第 14、21、22、23、24、25、33 引 脚相接，协调器节点定时唤醒传感器节点，处理、存储传感器节点上传的抽油机工况参数， 同时兼作ZigBee/TD-SCDMA网关；ZigBee协调器节点通过TD-SCDMA无线模块TDM330接入 TD-SCDMA公网，远传抽油机的重要工况参数，抽油机远程监测中心通过Internet与运营商 的GGSN网关相连，实时在线接收抽油机传感器网络上传的重要工况参数；一般工况参数巡 检员手持无线USB采集器通过无线USB模块CYWUSB6935，定时进行现场采集，采用离线方式 汇总至抽油机远程监测中心。所述的ZigBee无线传感器网络的传感器节点包括传感器模块、ZigBee模块 CC2430和电源管理模块；传感器模块与CC2430的数据处理模块相连，CC2430的数据处理 模块与射频模块相连，电源管理模块分别与传感器模块和ZigBee模块CC2430相连，ZigBee 协调器节点唤醒传感器节点后，传感器节点的传感器模块采集抽油机工况参数，采集的抽 油机工况参数经A/D转换发送至ZigBee协调器节点。本发明与背景技术相比，具有的有益效果是
ZigBee无线传感器网络替代现有繁杂的传感器节点有线通信，提高了现场检测系 统的可靠性，传感器节点采用定时唤醒的间歇工作方式，节约电能；采用先进的TD-SCDMA 3G技术，增加了数据带宽和传输速率，降低了通信费用；采集优化操作全部参数时，根据工况参数的重要性对参数分类，采用实时在线上 传和离线采集汇总的技术，既保证了油田稳产高产，又降低了采集成本；加速度间接位移测量与行程开关结合使用获取抽油机示功图，消除了累积误差并 修正位移值，确保位移参数的准确性；示功图正常时，测电机的电参数间接推算出杆载荷 值，示功图出现异常征兆时，应用载荷传感器直接测量杆载荷，提高了监测系统的可靠性。
图1是基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测系统框图；图2是本发明的ZigBee协调器节点结构框图；图3是本发明的ZigBee协调器节点网关流程图；图4是本发明的传感器节点结构框图；图5是本发明的加速度传感器节点框图；图6是本发明的ZigBee模块内部功能实现电路图；图7是游梁式抽油机结构示意图；图8是本发明的抽油机远程监测中心的电参数界面。
具体实施例方式基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法是无线传感器网络采 用ZigBee无线传感网络，抽油机监测中心发送现场采集指令，ZigBee无线传感网络中的各 传感器节点采集抽油机的工况参数，并将采集到的工况参数发送至ZigBee无线传感网络 中唯一的协调器节点，协调器节点对接受的数据进行是否为重要参数判断，若数据为重要 工况参数，则对接受的数据进行协议转换，并将转换后的TD-SCDMA数据包发送至TD-SCDMA公网，TD-SCDMA公网中的GGSN网关对数据包再次进行协议转换，并将转换后的TCP/IP数据包经Internet发送至抽油机监测中心，显示于抽油机监测中心的远程监测界面上；若数 据为一般工况参数，则保存于协调器节点中，待巡检员巡检时通过无线USB设备获取，采用 离线方式汇总至抽油机远程监测中心；抽油机示功图中的位移参数，协调器节点采用如下 公式修正消除加速度传感器间接测量位移存在的累积误差<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，Lu为双积分上/下冲程；Iu为上/下冲程设定值；、为i采样时刻推算的上/下冲程位移；Iui为为i采样时刻推算的上/下冲程位移的相应修正值位移。示功图正常时，由电机的电参数间接推算出杆载荷值，示功图出现异常征兆时，采 用载荷传感器直接测量杆载荷，确保位移参数的可靠性。如图1所示，基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测系统包括监测 中心、TD-SCDMA公网和局部范围的ZigBee无线传感器网络；抽油机远程监测中心通过 Internet、运营商的GGSN网关与TD-SCDMA公网相连，TD-SCDMA公网通过若干ZigBee/ TD-SCDMA网关与相应的ZigBee无线传感器网络相连；其中ZigBee无线传感器网络由若干 传感器节点和唯一的协调器节点组成，协调器节点兼作ZigBee/TD-SCDMA网关，GGSN网关 把TD-SCDMA数据包进行协议转换，传送到抽油机远程监测中心的Internet网络。ZigBee是一种低速、低功耗、低成本、低复杂度、能够灵活配置网络的近距离无线 通信技术。ZigBee网络接入延时短，活动设备信道接入时间仅为15ms。ZigBee网络通过 协调器、路由和终端设备可组成星型网络、树状网络或网状网络。ZigBee网络采用CSMA/ CA(载波监听/冲突检测)算法，使得ZigBee各个节点之间可以随时加入和退出网络。 ZigBee网络的容量大。一个ZigBee网络最多可以支持255个ZigBee节点，通过协调器，整 个ZigBee网络最多可支持64000个ZigBee网络节点，再加上各个协调器之间可以连接通 信整个ZigBee网络的节点数目可以变得非常可观。如图2所示，所述的ZigBee协调器节点包括主控模块S3C2440、USB接口模块、 TD-SCDMA 无线模块 TDM330、ZigBee 模块 CC2430、无线 USB 模块 CYWUSB6935 ；TD-SCDMA 无线 模块TDM330通过USB接口与USB接口模块相连；USB接口模块的引脚1接+5V电压，引脚1 依次与电容Cl、地相连，引脚4、5、6接地，引脚2依次与电阻R1、电阻R3、地相连，引脚3依 次与电阻R2、电阻R4、地相连，主控模块核心板S3C2440的第P12、Nll引脚分别与电阻Rl 和R3的中间点、电阻R2和R4的中间点相连，主控模块核心板S3C2440的第K9、P9、U13、L9 引脚分别与ZigBee模块CC2430的第13、14、15、16引脚相连，主控模块核心板S3C2440的 第 H16、N9、E3、R11、K10、L11、T9 引脚分别与无线 USB 模块 CYWUSB6935 的第 14、21、22、23、 24、25、33 引脚相接，S3C2440 分别通过串 口 SPIO 和 SPIl 与 CC2430、CYWUSB6935 接收 / 发 送数据，其引脚U13、E3作为GPIO端口，当引脚U13置低时，CC2430芯片SPI从机信号有效， ZigBee模块激活；当引脚E3置低时，CYWUSB6935芯片SPI从机信号有效，无线USB模块激 活。作为ZigBee无线传感器网络的主节点，协调器节点定时唤醒传感器节点，处理、存储传 感器节点上传的抽油机工况参数，同时兼作ZigBee/TD-SCDMA网关；ZigBee协调节点通过TD-SCDMA无线模块TDM330接入TD-SCDMA公网，远传抽油机的重要工况参数，抽油机远程监 测中心通过Internet与运营商的GGSN网关相连，实时在线接收抽油机传感器网络上传的 重要工况参数；一般工况参数巡检员手持无线USB采集器通过无线USB模块CYWUSB6935， 定时进行现场采集，采用离线方式汇总至抽油机远程监测中心。无线USB采集器可参阅本 课题的发明专利“基于无源射频识别技术的宠物管理系统”(专利号ZL 200710067741. 1)。主控模块S3C2440是三星公司基于ARM920T设计的一款处理器，主频400MHz ；扩 展总线最大频率IOOMHz ；32bit数据，27bit外部数据线；完全静态设计(0 400MHz)；存 储控制器(8个存储体)，4个带有PWM的16bit定时器；多达55个中断源的中断控制器； RTC ；3 个 UART，支持 IrDA 1. 0 ;4 个 DMA 通道支持外设 DMA ；8 通道，500kS/s，IObit ADC ；支 持STN与TFT LCD控制器；看门狗；I2S音频接口 ；2个USB接口 ；I2C_Bus接口 ；2个串行外 围接口电路(SPI) ；SD卡接口。TD-SCDMA无线模块采用重庆重邮信科通信技术有限公司研发的TDM330模 块。TDM330是基于重邮信科的TD-SCDMA基带芯片C3310设计，集成了射频，电源管理， MCP (NAND+DDR)，话音CODEC，SIM电平转换等芯片。内部接口 (1)支持两路mic输入(一路差分，一路单端)和两路EARN输出(一路差分，一路 单端)；(2)内置 MCP (512Mb NANDFLASH+256Mb DDR)；(3) USB 1.1 接口；(4)内置USIM卡电平转换；(5)支持 PCM, I2C 和 SPI 接口；(6)支持外接IXD和键盘； (7) 100针外部系统连接器，52PIN MINIPCI接口。无线USB模块采用Cypress公司的CYWUSB6935模块，CYWUSB6935内部集成了串 行数据接口(SPI)、串并/并串转换器(SERDES)、综合器(synthesizer)、2. 4GHz的射频收 发器，采用高斯频移键控调制解调器和直接顺序扩展频谱数字基带模块。其理论上可以为 用户提供3822个独立的频道，让每个主系统能够连接多组外围设备，且通信距离可达到50 米或更远。CC2430芯片包含一个增强型工业标准的8位8051微控制器内核，运行时钟 32MHz，具有8倍的标准8051内核的性能。CC2430集成了 4个振荡器用于系统时钟和定时 操作MCU子系统和射频部分，其中MCU包括存储器及外设。CC2430也集成了用于用户自定 义应用的外设。一个AES协处理器被集成在CC2430，以支持IEEE802. 15. 4MAC安全所需的 (128位关键字)AES的运行，以实现尽可能少的占用微控制器。中断控制器为总共18个中 断源提供服务。调试接口采用两线串行接口，该接口被用于在电路调试和外部Flash编程。 CC2430包括四个定时器一个16位MAC定时器，用以为IEEE802. 15. 4的CSMA-CA算法提 供定时以及为IEEE802. 15. 4的MAC层提供定时。ZigBee协调器节点网关流程如图3所示，协调器节点上电后，主控模块对ZigBee 模块、TD-SCDMA模块和无线USB模块进行初始化，之后主控模块定时唤醒相关传感器节点， 测量工况参数，如电流、温度、加速度等。接收到各传感器节点的发送数据后，对所有接收 到的数据进行“是否重要参数”的判断。若数据不为重要参数，则存储该数据在协调器节点S3C2440 Wnand flash中，待无线USB模块发出中断信号后，将该存储数据发送至手持无 线USB采集器中。若数据为重要参数，则首先对这些重要参数中的加速度参数进行双重积 分得到位移，并对位移值进行修正；其次判断示功图是否正常，若示功图正常，则根据采集 到的电参数进行转换得到杆载荷量，若示功图异常，则唤醒载荷传感器，等待直接由载荷传 感器采集的杆载荷量；最后将所有准确的重要参数转发至TD-SCDMA无线模块。其中，初始 化后默认唤醒测量杆载荷参数的电参数传感器，重要参数包括示功图参数、过载电流、过载 电压、油温等。如图4所示，所述的ZigBee无线传感器网络的传感器节点包括传感器模块、 ZigBee模块CC2430和电源管理模块；传感器模块与CC2430的数据处理模块相连，CC2430 的数据处理模块与射频模块相连，电源管理模块分别与传感器模块和ZigBee模块CC2430 相连，ZigBee协调器节点唤醒传感器节点后，传感器节点的传感器模块采集抽油机工况参 数，采集的抽油机工况参数经A/D转换发送至ZigBee协调器节点。抽油机ZigBee传感器 网络现场采集油井示功图、平衡度、油套压、油温及产液量等井口生产数据，传感器模块可 采用YWG-HTD-4-100A型霍尔电流变送器、CYB 15P系列高温齐平膜压力变送器、电参数采 集模块PDM-820AV等等。根据传感器厂家的资料确定与ZigBee模块的连接关系，现以加速 度传感器为例。如图5所示，传感器模块采用ADXL203加速度传感器，ADXL203的引脚7、6 分别与CC2430的引脚11、12相连，ADXL203的引脚7依次与滤波电容Cx、地相连，ADXL203 的引脚6依次与滤波电容Cy、地相连，其中ADXL203引脚7Xout为水平方向加速度测量信号 输出，ADXL203引脚6Yout为垂直方向加速度测量信号输出。ADXL203是美国模拟器件公司(简称ADI)推出的一种高精度、低功耗及单一的 iMEMS型IC芯片双轴加速计，具有信号可调的电压输出。输出量为一个与加速度成比例的 模拟电压信号，比例系数达到1000mV/g。该加速计既可测量动态加速度，又可以用来实现诸 如重力加速度的静态测量，此时可以替代倾斜角传感器进行倾斜测量。ADXL203性能参数(1)典型测量范围1.7g;(2)极限加速度=35OOg ；(3)下拉电流小于700 μ A ；(4)灵敏度1000mV/g。_40°C到125°C温度范围内，具有士0. 3%的温度灵敏性；
(5)零点偏移精度士 25mg ；(6)在小于60Hz的带宽下具有解决小于Img的解决方案(0. 06°倾斜)以及优于 0. lmg/°C的稳定性。ZigBee模块内部功能实现电路如图6所示，CC2430集成芯片的引脚20、747、41 相连后与数字电路电源DVDD_3. 3V、电容C411、电容C71的一端相连，电容C411及电容C71 的另一端接地；引脚42与电容C421的一端相连，电容C421的另一端接地；引脚10与电容 C678的一端、电阻R406、按键Sl的一端相连，电容C678及按键Sl的另一端接地，电阻R406 的另一端与数字电路电源DVDD_3. 3V相连；引脚23与数字电路电源DVDD_3. 3V及电容C231 的一端相连，电容C231的另一端接地；引脚24与模拟电路电源VCC1. 8及电容C241的一端 相连，电容C241的另一端接地；引脚26与电阻R261的一端相连，电阻R261的另一端接地； 引脚22与电阻R221的一端相连，电阻R221的另一端接地；引脚19与晶振Xl及电容C191 的一端相连，晶振Xl的另一端与引脚21及电容C121的一端相连，电容C191及电容C121的另一端均接地；引脚44与晶振X2及电容C441的一端相连，晶振X2的另一端与引脚43及电容C431的一端相连，电容C441及电容C431的另一端均接地；引脚34与电感L2及电感 L5的一端相连，电感L4及电感Ll的一端和电感L5的另一端相连，引脚33与电感Ll的另 一端相连，引脚32与电感L2及电感L4的另一端相连，电感L3的一端与电容C63的一端相 连，电容 C63 的另一端与天线 ANTl 相连；引脚 25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40 与 模拟电路电源VCC1. 8、电容Cl 1、电容ClOl、电容C371的一端相连，电容Cl 1、电容C 101、电 容C371的另一端接地。游梁式抽油机结构如图7所示，抽油机装置主要由1悬绳器、2、载荷传感器、3吊 绳、4驴头、5游梁、6支架、7横梁、8、上/下行程开关、9连杆、10曲柄销装置、11曲柄装置、 12减速器、13刹车装置、14底座、15电动机、16护栏构成。由于抽油机的上升和下降过程并 不对称，所以将抽油机的一个冲程分成上冲程、下冲程两个部分分别计算。计算示功图杆上 /下冲程运行中的位移值，加速度间接位移测量与行程开关结合使用，在抽油机横梁处加装 行程开关的方法可以准确得到光杆的上下死点位置。上/下行程开关开启，上/下冲程开 始运动，对加速度传感器测得的加速度进行双重积分求位移，在冲程固定的情况下，对积分 获得的位移值进行如下修正，以解决加速度传感器间接测量位移存在的累积误差和精度偏 低的缺陷<formula>formula see original document page 10</formula>其中，Lu为双积分上/下冲程；Iu为上/下冲程设定值；Lu为i采样时刻推算的上/下冲程位移；Iui为为i采样时刻推算的上/下冲程位移的相应修正值位移。示功图正常时，计算示功图杆上/下冲程运行中的杆载荷值，利用抽油机光杆载 荷变化与电机电功率一定对应关系的原理，在站内测取抽油机电机的电参数间接推算出杆 载荷值。杆载荷与电动机输出轴扭矩关系式如下<formula>formula see original document page 10</formula><formula>formula see original document page 10</formula>其中，F悬点为抽油机悬点载荷；Cw为抽油机结构不平衡重；k为电动机输出轴到减速箱曲柄轴的传动比；Ma为电动机输出轴扭矩；Mb为曲柄平衡重的最大平衡力矩；α为减速箱曲柄轴在时刻t的转角；γ为平衡重的偏置角；Ia为从电动机转子到减速箱曲柄轴平衡重的传动部件转化到曲柄轴处的等效转
动惯量；Ib为游梁及附属部件对游梁回转中心的转动惯量；TF扭矩因数；L为游梁前臂长；
s为悬点位移。三相异步电动机的输入功率与输出轴扭矩的关系式如下P 入=2 π ·η·ΜΑ/(60· η)其中，P人为电动机的输入功率；n为电动机的转速；n为电动机的效率。示功图出现异常征兆时，应用载荷传感器直接测量杆载荷，提高了监测系统的可靠性。载荷传感器采用油田专用载荷传感器ZRN605，其主要指标如下(1)量程0-1OOKN ；(2)输出0-svDC、l-SVDC、4-20mA ；(3)精度0· 5% FS ；(4)绝缘电阻6000M ；(5)过载150% FS ；(6)工作温度-40°C至 +65°C。如图8所示，抽油机远程监测中心的电参数界面由三相电实时数据采集、功率参数实时数据采集、最大最小电流实时数据采集、数据采集时间和TD-SCDMA配置6个子界 面组成，实时上传重要工况参数，离线汇总一般工况参数至监控中心。界面采用G语言 Labview编写，界面美观，易于操作。
权利要求
一种基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法，其特征在于无线传感器网络采用ZigBee无线传感网络，抽油机监测中心发送现场采集指令，ZigBee无线传感网络中的各传感器节点采集抽油机的工况参数，并将采集到的工况参数发送至ZigBee无线传感网络中唯一的协调器节点，协调器节点对接受的数据进行是否为重要工况参数判断，若数据为重要工况参数，则对接受的数据进行协议转换，并将转换后的TD-SCDMA数据包发送至TD-SCDMA公网，TD-SCDMA公网中的GGSN网关对数据包再次进行协议转换，并将转换后的TCP/IP数据包经Internet发送至抽油机监测中心，显示于抽油机监测中心的远程监测界面上；若数据为一般工况参数，则保存于协调器节点中，待巡检员巡检时通过无线USB设备获取，采用离线方式汇总至抽油机远程监测中心；抽油机示功图中的位移参数，协调器节点采用如下公式修正，消除加速度传感器间接测量位移存在的累积误差 <mrow><msub> <mi>l</mi> <msub><mi>U</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mo>=</mo><msub> <mi>L</mi> <msub><mi>U</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mo>·</mo><mfrac> <msub><mi>l</mi><mi>U</mi> </msub> <msub><mi>L</mi><mi>U</mi> </msub></mfrac> </mrow>其中，LU为双积分上/下冲程；lU为上/下冲程设定值；为i采样时刻推算的上/下冲程位移；为为i采样时刻推算的上/下冲程位移的相应修正值位移。示功图正常时，由电机的电参数间接推算出杆载荷值，示功图出现异常征兆时，采用载荷传感器直接测量杆载荷，确保位移参数的可靠性。FSA00000057867000012.tif,FSA00000057867000013.tif
2.一种基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测系统，其特征在于包括 监测中心、TD-SCDMA公网和局部范围的ZigBee无线传感器网络；抽油机远程监测中心通 过Internet、运营商的GGSN网关与TD-SCDMA公网相连，TD-SCDMA公网通过若干ZigBee/ TD-SCDMA网关与相应的ZigBee无线传感器网络相连；其中ZigBee无线传感器网络由若干 传感器节点和唯一的协调器节点组成，协调器节点兼作ZigBee/TD-SCDMA网关，GGSN网关 对TD-SCDMA数据包进行协议转换，传送到抽油机远程监测中心的Internet网络。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测系 统，其特征在于所述的ZigBee协调器节点包括主控模块S3C2440、USB接口模块、TD-SCDMA 无线模块TDM330、ZigBee模块CC2430、无线USB模块CYWUSB6935 ；TD-SCDMA无线模块 TDM330通过USB接口与USB接口模块相连；USB接口模块的引脚1接+5V电压，引脚1依次 与电容Cl、地相连，引脚4、5、6接地，引脚2依次与电阻R1、电阻R3、地相连，引脚3依次与 电阻R2、电阻R4、地相连，主控模块核心板S3C2440的第P12A11引脚分别与电阻Rl和R3 的中间点、电阻R2和R4的中间点相连，主控模块核心板S3C2440的第K9、P9、U13、L9引脚 分别与ZigBee模块CC2430的第13、14、15、16引脚相连，主控模块核心板S3C2440的第H16、 N9、E3、R11、K10、L11、T9 引脚分别与无线 USB 模块 CYWUSB6935 的第 14、21、22、23、24、25、 33引脚相接，协调器节点定时唤醒传感器节点，处理、存储传感器节点上传的抽油机工况参 数，同时兼作ZigBee/TD-SCDMA网关；ZigBee协调器节点通过TD-SCDMA无线模块TDM330接 入TD-SCDMA公网，远传抽油机的重要工况参数，抽油机远程监测中心通过Internet与运营 商的GGSN网关相连，实时在线接收抽油机传感器网络上传的重要工况参数；一般工况参数 巡检员手持无线USB采集器通过无线USB模块CYWUSB6935，定时进行现场采集，采用离线方 式汇总至抽油机远程监测中心。
4.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测系 统，其特征在于所述的ZigBee无线传感器网络的传感器节点包括传感器模块、ZigBee模块 CC2430和电源管理模块；传感器模块与CC2430的数据处理模块相连，CC2430的数据处理 模块与射频模块相连，电源管理模块分别与传感器模块和ZigBee模块CC2430相连，ZigBee 协调器节点唤醒传感器节点后，传感器节点的传感器模块采集抽油机工况参数，采集的抽 油机工况参数经A/D转换发送至ZigBee协调器节点。
全文摘要
本发明公开一种基于无线传感器网络和TD-SCDMA的抽油机远程监测方法及系统。系统包括局部范围的无线传感器网络、TD-SCDMA公网和抽油机远程监测中心三部分。无线传感器网络由若干传感器节点和唯一的协调器节点组成，协调器节点兼作ZigBee/TD-SCDMA网关；重要的抽油机工况参数实时在线经TD-SCDMA公网上传至抽油机远程监测中心；一般的工况参数暂存在协调器节点，由巡检员手持无线USB采集器定时采集，离线汇总至抽油机远程监测中心；抽油机示功图(杆载荷和位移关系图)，采用间接与直接测量的协同工作模式获取，提高了监测系统的可靠性。ZigBee无线传感器网络替代现有繁杂的传感器节点有线通信，提高了现场检测系统的可靠性，传感器节点采用定时唤醒的间歇工作方式，节约电能。
文档编号G05B19/418GK101819432SQ20101013119
公开日2010年9月1日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者万金海, 吴明光, 徐晓忻, 李英囡, 王慧芬 申请人:浙江大学