專利名稱：一種嵌入式數(shù)字化油田節(jié)能測控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種嵌入式數(shù)字化油田節(jié)能測控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型屬于嵌入式、自動化測控與智能儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種集測量、 控制與管理一體化的嵌入式自動測控管系統(tǒng)，更進(jìn)一步涉及一種數(shù)字化油田節(jié)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]有桿抽油是國內(nèi)外石油工業(yè)傳統(tǒng)的機(jī)械采油方式之一，在機(jī)械采油中占絕對主導(dǎo)地位。常規(guī)游梁式抽油機(jī)是機(jī)械采油應(yīng)用最廣泛的抽油設(shè)備，其以結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、可靠性高、耐久性好、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械采油中占有舉足輕重的地位。但是，目前游梁式抽油機(jī)仍然存在以下問題[0003]1)系統(tǒng)工作效率低當(dāng)前的各種節(jié)能系統(tǒng)無法解決抽油機(jī)工作能力動態(tài)響應(yīng)負(fù)荷變化的問題，并且會使油井的產(chǎn)量降低。[0004]2)抽油機(jī)平衡度問題抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞?，F(xiàn)有絕大部分抽油機(jī)的配重嚴(yán)重不平衡，造成了過大的沖擊電流，這不僅浪費(fèi)掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。[0005]3)油井監(jiān)控管理不便、故障診斷困難采油現(xiàn)場各種設(shè)施的工作狀態(tài)及采出原油的數(shù)據(jù)直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的穩(wěn)定及原油質(zhì)量。目前大多由人工定時檢查設(shè)備運(yùn)行情況并測量、統(tǒng)計采油數(shù)據(jù)。人工采集數(shù)據(jù)受到井場距離、道路交通、天氣狀況等各種因素的限制， 從而影響了設(shè)備監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性，不能及時發(fā)現(xiàn)油井故障。而且這種人工的測量活動獲取的數(shù)據(jù)難以快捷地集中進(jìn)行管理和保存，不可避免地導(dǎo)致效率低下，并且不便于為進(jìn)一步的研究積累原始數(shù)據(jù)。[0006]現(xiàn)有的能較全面解決以上問題的抽油機(jī)網(wǎng)絡(luò)測控節(jié)能系統(tǒng)包括抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置和遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元，抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置包括傳感器、驅(qū)動器、繼電保護(hù)單元、控制單元、鍵盤及顯示器、通信單元和USB存儲接口，抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置分別通過傳感器、驅(qū)動器、繼電保護(hù)單元與抽油機(jī)連接；控制單元上分別連接有傳感器模塊、變頻調(diào)速模塊、繼電保護(hù)模塊、人機(jī)界面、USB存儲接口和無線通信模塊，傳感器模塊與繼電保護(hù)模塊連接，繼電保護(hù)模塊還分別與電源和變頻調(diào)速模塊連接，變頻調(diào)速模塊與抽油機(jī)電機(jī)連接； 通信單元用于將控制單元的現(xiàn)場數(shù)據(jù)動態(tài)采集、顯示、沖次調(diào)節(jié)進(jìn)行遠(yuǎn)傳通信。遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元包括控制中心、無線通信單元、GSM網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)關(guān)、手機(jī)，無線通信單元實現(xiàn)控制中心與現(xiàn)場測控裝置的數(shù)據(jù)通信，控制中心通過GSM通信網(wǎng)關(guān)與手機(jī)之間連接?？刂浦行膶碜袁F(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。控制中心根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行示功圖、產(chǎn)液量、泵功圖、抽油機(jī)平衡度的軟測量計算，并給出最大產(chǎn)液量對應(yīng)的沖次數(shù)據(jù)和平衡調(diào)整參數(shù)，再通過無線通信單元(網(wǎng)絡(luò))發(fā)送到抽油機(jī)現(xiàn)場控制器，控制抽油機(jī)運(yùn)行的最佳沖次，達(dá)到提高抽油效率和節(jié)能目的。此外，控制中心對現(xiàn)場采集歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行長期存儲，供技術(shù)人員進(jìn)行查詢、研究、分析使用。[0007]此種系統(tǒng)現(xiàn)場測控裝置結(jié)構(gòu)簡單，僅能進(jìn)行簡單數(shù)據(jù)采集和控制，不能脫離控制中心進(jìn)行獨(dú)立分析判斷，不能很好適應(yīng)數(shù)字化油田集散控制的要求；此系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)通信能力要求較高，再加上其網(wǎng)絡(luò)通信采用的是無線數(shù)傳電臺方式，傳輸距離近，擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和抗干擾性較差，傳輸性能的好壞直接影響了系統(tǒng)功能的實現(xiàn)；此外，數(shù)字化油田需要實現(xiàn) “三遙”，而此系統(tǒng)沒有設(shè)置遠(yuǎn)程控制抽油機(jī)啟停以及遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)等功能，也不能很好適應(yīng)目前油田數(shù)字化管理的需求。實用新型內(nèi)容[0008]本實用新型所解決的技術(shù)問題是提供一種性價比高、系統(tǒng)化強(qiáng)、功能完善、穩(wěn)定可靠、抽油機(jī)沖次檢測調(diào)整智能化、抽油機(jī)和井場動態(tài)數(shù)據(jù)檢測管理的嵌入式數(shù)字化油田節(jié)能測控系統(tǒng)。[0009]為解決上述的技術(shù)問題，本實用新型采取的技術(shù)方案[0010]一種嵌入式數(shù)字化油田節(jié)能測控系統(tǒng)，包括抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置和遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元，抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置的控制單元采用嵌入式DSP和ARM芯片作為控制單元核心構(gòu)架，通信單元采用通用GPRS或者CDMA IX通信模塊，遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元設(shè)置有遠(yuǎn)程控制模塊，控制中心通過遠(yuǎn)程控制模塊與抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置的通信單元連接。[0011]上述的以嵌入式DSP和ARM芯片作為核心構(gòu)架的控制單元設(shè)置有1個以太網(wǎng)接口、1個USB接口、5個RS232串口、1個SD存儲接口、20個通用數(shù)字I/O 口、1個觸摸IXD屏接口。[0012]上述的控制單元的芯片型號為飛思卡爾DSP56F807和三星電子S3C2440A芯片。[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果[0014]本實用新型有效實現(xiàn)了抽油機(jī)沖次實時閉環(huán)調(diào)節(jié)的自動化，數(shù)據(jù)測量、遠(yuǎn)程監(jiān)控的集散一體化管理，系統(tǒng)能在本地根據(jù)油井工況變化情況實時動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次，保證了抽油機(jī)始終處在最佳工作狀態(tài)，大大提高了抽油效率，節(jié)電效果非常明顯；系統(tǒng)通過現(xiàn)場測控裝置實現(xiàn)了完善的本地數(shù)據(jù)采集、井下和抽油機(jī)工況數(shù)據(jù)的軟測量計算等功能，提高了抽油機(jī)監(jiān)控管理的效率和穩(wěn)定性；系統(tǒng)通過無線基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)和對應(yīng)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)了現(xiàn)場測控裝置與遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定通信，并通過遠(yuǎn)程控制模塊實現(xiàn)了抽油機(jī)的遠(yuǎn)程啟停和參數(shù)設(shè)置功能，減少了人工管理的強(qiáng)度，提高了油田整體管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。


[0015]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；[0016]圖2為本實用新型的智能控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。[0018]參見圖1、2，本實用新型包括抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置和遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元，抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置的控制單元采用嵌入式飛思卡爾DSP56F807和三星電子S3C2440A芯片作為核心構(gòu)架，通信單元7采用采用通用GPRS (或者CDMA IX)通信模塊。遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元增加遠(yuǎn)程控制模塊，控制中心通過遠(yuǎn)程控制模塊12與抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置的通信單元7通信。[0019]控制單元以嵌入式飛思卡爾DSP56F807和三星電子S3C2440A芯片作為核心構(gòu)架，設(shè)置有1個以太網(wǎng)接口、1個USB接口、5個RS232串口、1個SD存儲接口、20個通用數(shù)字I/ 0 口、1個觸摸IXD屏接口。此單元為現(xiàn)場測控裝置的控制中樞，達(dá)到數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、 存儲、傳輸、遠(yuǎn)程通信和電動機(jī)調(diào)速控制的目的。[0020] 傳感器2對抽油機(jī)1的壓力、位移等物理量現(xiàn)場數(shù)據(jù)動態(tài)采集后送入控制單元5 中，控制單元5上有觸摸LCD屏6和USB存儲接口，通過對現(xiàn)場所采數(shù)據(jù)和抽油機(jī)、油井參數(shù)的分析，進(jìn)行油井示功圖、泵功圖、產(chǎn)液量、動液面以及抽油機(jī)的減速器扭矩、平衡度等工況數(shù)據(jù)的軟測量計算，并給出最大產(chǎn)液量對應(yīng)的沖次數(shù)據(jù)，通過驅(qū)動器3控制抽油機(jī)1的電動機(jī)調(diào)速；控制單元5通過繼電保護(hù)單元4對供電子系統(tǒng)電參數(shù)的測量，進(jìn)而計算判定對抽油機(jī)1的電動機(jī)和控制單元本身過壓、過流現(xiàn)象的保護(hù)；控制單元5還通過現(xiàn)場無線通信單元7與控制中心遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)的無線通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)8進(jìn)行遠(yuǎn)傳通信，將抽油機(jī)、 油井參數(shù)和軟測量計算數(shù)據(jù)上傳顯示以便集中監(jiān)控；無線通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)8和控制中心9互連，控制中心9通過GSM通信網(wǎng)關(guān)10與手機(jī)11之間通信，通過遠(yuǎn)程控制模塊12與現(xiàn)場無線通信單元7通信，下發(fā)遠(yuǎn)程抽油機(jī)啟?？刂浦噶钜约斑h(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置指令。
權(quán)利要求1.一種嵌入式數(shù)字化油田節(jié)能測控系統(tǒng)，包括抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置和遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元，其特征在于抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置的控制單元(5)采用嵌入式DSP和ARM芯片作為控制單元核心構(gòu)架，通信單元(7)采用通用GPRS或者CDMA IX通信模塊，遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元設(shè)置有遠(yuǎn)程控制模塊(12)，控制中心通過遠(yuǎn)程控制模塊(12)與抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置的通信單元(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式數(shù)字化油田節(jié)能測控系統(tǒng)，其特征在于所述的以嵌入式DSP和ARM芯片作為核心構(gòu)架的控制單元(5)設(shè)置有1個以太網(wǎng)接口、1個USB接口、5個RS232串口、1個SD存儲接口、20個通用數(shù)字I/O 口、1個觸摸IXD屏接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種嵌入式數(shù)字化油田節(jié)能測控系統(tǒng)，其特征在于所述的控制單元(5)的芯片型號為飛思卡爾DSP56F807和三星電子S3C2440A芯片。
專利摘要本實用新型涉及一種嵌入式數(shù)字化油田節(jié)能測控系統(tǒng)。有桿抽油在機(jī)械采油中占絕對主導(dǎo)地位，但存在以下問題系統(tǒng)工作效率低、抽油機(jī)平衡度問題、油井監(jiān)控管理不便、故障診斷困難。本實用新型的抽油機(jī)現(xiàn)場測控裝置的控制單元采用嵌入式DSP和ARM芯片作為核心構(gòu)架，通信單元采用通用GPRS或者CDMA1X通信模塊，遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息管理單元設(shè)置有遠(yuǎn)程控制模塊，通過遠(yuǎn)程控制模塊可實現(xiàn)對抽油機(jī)的遠(yuǎn)程啟停和參數(shù)設(shè)置。本實用新型有效實現(xiàn)了抽油機(jī)沖次實時閉環(huán)調(diào)節(jié)的自動化，數(shù)據(jù)測量、遠(yuǎn)程監(jiān)控的集散一體化管理，能在本地根據(jù)油井工況變化實時動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次，提高了油田管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號G05B19/418GK202257209SQ20112028320
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者杜雙伯, 段煉, 鄭輯光, 韓九強(qiáng) 申請人:西安交通大學(xué), 陜西硅格科技有限公司