一種具有三相電采集的無(wú)線抽油機(jī)控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于油田現(xiàn)場(chǎng)井口的WIA-PA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的抽油機(jī)RTU(REMOTE TERMINAL UNIT)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]維持原油的高產(chǎn)是各采油廠的首要工作目標(biāo)，要想維持高產(chǎn)就得在開發(fā)新油井的同時(shí)，確保每口井時(shí)刻都保持在最佳工作狀態(tài)，所以各采油廠把抽油機(jī)的監(jiān)控做為日常一項(xiàng)重要工作，定期巡視抽油機(jī)，監(jiān)控抽油機(jī)工作狀態(tài)，如有異?；蛲C(jī)損壞，就要調(diào)試維修。
[0003]目前油田所用的游梁式抽油機(jī)，它的控制電路，只有簡(jiǎn)單的用空氣開關(guān)或交流接觸器控制，對(duì)電路的電氣參數(shù)不能做到實(shí)時(shí)了解與監(jiān)控，當(dāng)電機(jī)發(fā)生過流、過壓等情況不能及時(shí)作出相應(yīng)的技術(shù)處理，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)燒毀電機(jī)，造成停井的事故。
[0004]石油生產(chǎn)中油井一般都是不規(guī)則的分布在相對(duì)分散的區(qū)域內(nèi)，而且油井間的路況也是很復(fù)雜，有些路只是勉強(qiáng)能通過的便道，目前油田一般采用人工巡視，巡視一圈對(duì)班組來(lái)說(shuō)也不是一件容易事，特別是雨雪天難度更大，巡視員在一個(gè)巡視周期內(nèi)一口油井只能到達(dá)一次，兩次間隔一定的時(shí)間，這就造成了油井出現(xiàn)異常或故障而班組還不知道，一定要等到下次巡視員到達(dá)才能發(fā)現(xiàn)，不但影響了產(chǎn)量，還會(huì)由于處理不及時(shí)故障范圍擴(kuò)大。雖然現(xiàn)在的抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集形式多種多樣，但大多是依靠巡檢工人攜帶各種模擬、數(shù)字表巡檢，現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試儀表并測(cè)試各種數(shù)據(jù)。而且老式儀表的精度也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的測(cè)試要求。所以這種人工巡視弊端就凸現(xiàn)出來(lái)了，需要進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)解放人力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
[0005]隨著自動(dòng)化、通訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提高，油田生產(chǎn)管理領(lǐng)域出現(xiàn)了在油田自動(dòng)化檢測(cè)、管理網(wǎng)絡(luò)中起著重要作用的抽油機(jī)RTU控制器。主要負(fù)責(zé)抽油井和抽油機(jī)的控制。無(wú)線技術(shù)在油田井口的應(yīng)用具有廣闊的前景。
[0006]智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)是基于短程無(wú)線通信IEEE802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)，是用于工業(yè)測(cè)控的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使用自由頻帶，具有高可靠、超低功耗、很強(qiáng)的抗干擾能力、實(shí)時(shí)通信的自組織多跳無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，適合部署在惡劣環(huán)境和人不宜到達(dá)的區(qū)域。WIA解決惡劣環(huán)境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對(duì)無(wú)線信號(hào)的反射、散射造成的多徑效應(yīng)，以及馬達(dá)、器械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生電磁噪聲對(duì)無(wú)線通信的干擾，提供能夠滿足應(yīng)用需求的高可靠、實(shí)時(shí)無(wú)線通信服務(wù)。目前，WIA-PA已經(jīng)成為與無(wú)線Wireless HART被同時(shí)承認(rèn)的兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)文件之一。智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)特別適用于工業(yè)控制與工廠過程控制領(lǐng)域。WIA無(wú)線通信要求使用無(wú)線技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信，無(wú)線技術(shù)簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布線和設(shè)置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠自動(dòng)采集油井內(nèi)三相電參數(shù)的基于WIA-PA無(wú)線抽油機(jī)RTU控制器。
[0008]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種具有三相電采集的無(wú)線抽油機(jī)控制器，包括處理器模塊以及與其連接的I/O輸入輸出模塊、三相電采集模塊、本地通信模塊、液晶顯示模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口模塊和WIA無(wú)線通信模塊。
[0010]所述三相電采集模塊采用電阻、電流互感器、功率計(jì)量IC和信號(hào)隔離芯片；三相交流電的每相串聯(lián)多個(gè)電阻后、通過濾波器與功率計(jì)量IC的電壓輸入通道連接，每相還通過壓敏電阻接地；三個(gè)電流互感器分別穿過三相交流電線，每個(gè)電流互感器的正負(fù)輸出端之間連有一個(gè)電阻與串聯(lián)的兩個(gè)電阻的并聯(lián)電路，并聯(lián)電路的兩端之間連有限幅電路，限幅電路的兩端通過濾波電路與功率計(jì)量IC的電流輸入通道連接；功率計(jì)量IC的輸出端經(jīng)信號(hào)隔離芯片與處理器模塊連接。
[0011]所述濾波器的輸入端與地之間連有電阻、兩個(gè)串聯(lián)的電容和一個(gè)電容的并聯(lián)電路；電容的兩端分別與功率計(jì)量IC的電壓輸入通道連接；電阻接地的一端與兩個(gè)串聯(lián)的電容接地的一端之間還連有另一電阻，兩個(gè)串聯(lián)的電容之間的結(jié)點(diǎn)接地。
[0012]所述限幅電路為兩個(gè)串聯(lián)的雙向瞬態(tài)電壓抑制器，兩個(gè)雙向瞬態(tài)電壓抑制器之間的結(jié)點(diǎn)接地。
[0013]所述濾波電路包括電阻和電容；濾波電路的兩個(gè)輸入端分別通過電阻與功率計(jì)量IC的輸入端連接，功率計(jì)量IC的兩個(gè)輸入端之間連有串聯(lián)的兩個(gè)電容和一個(gè)電容的并聯(lián)電路；串聯(lián)的兩個(gè)電容之間的結(jié)點(diǎn)接地。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.本發(fā)明可同時(shí)支持有線及無(wú)線通訊，實(shí)現(xiàn)了油田現(xiàn)場(chǎng)的全自動(dòng)化，不但實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為及時(shí)處理故障提供條件，還解放了大量人力，有利于優(yōu)化人力資源配置。無(wú)線技術(shù)簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布線和設(shè)置，優(yōu)化了現(xiàn)場(chǎng)布線及安裝。
[0016]2.本發(fā)明的三相電采集模塊采用隔離技術(shù)，與RTU其他部分實(shí)現(xiàn)了隔離，保證了RTU本身的安全性。
[0017]3.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 RTU與電量采集一體化設(shè)計(jì)，RTU控制器是井口抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、控制設(shè)備，對(duì)各種輸入量的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的油田油井WIA測(cè)控系統(tǒng)的架構(gòu)圖；
[0019]其中，10、11、12儀表，13、14、15WIA無(wú)線RTU控制器，16WIA網(wǎng)關(guān)，17中控室；
[0020]圖2為基于WIA-PA的無(wú)線抽油機(jī)控制器結(jié)構(gòu)組成框圖；
[0021 ] 其中，20外殼，211/0輸入輸出模塊，22三相電采集模塊，23本地通信模塊，24處理器模塊，25液晶顯示模塊，26電源管理模塊，27數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口模塊，28WIA-PA無(wú)線通信模塊，29天線轉(zhuǎn)接線，30天線；
[0022]圖3為三相電采集模塊功能結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]其中，31三相交流電，32電壓互感器或者分壓電阻，33電流互感器，34信號(hào)調(diào)理電路，35功率計(jì)量1C，36信號(hào)隔離芯片，37MCU，38電源隔離模塊；
[0024]圖4為三相電采集模塊中單相電壓電路示意圖；
[0025]圖5為三相電采集模塊中電流前端電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]基于WIA-PA無(wú)線抽油機(jī)RTU控制器在油田油井WIA測(cè)控系統(tǒng)中的架構(gòu)如圖1所示。油田井口安裝的儀表(10、11、12)包括WIA無(wú)線示功儀，WIA無(wú)線溫度表、WIA無(wú)線壓力表和WIA無(wú)線流量表等儀表，這些儀表將采集到的信息通過WIA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到井口的WIA無(wú)線抽油機(jī)控制器(RTU)中(13、14、15)，抽油機(jī)RTU控制器將本身采集的三相電參數(shù)及儀表的采集信息進(jìn)行存儲(chǔ)、管理并轉(zhuǎn)發(fā)到WIA網(wǎng)關(guān)16，在由WIA網(wǎng)關(guān)16將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳到中心控制室17。WIA網(wǎng)關(guān)16接收到中心控制室17的指令，再通過通訊下達(dá)到井口抽油機(jī)RTU控制器，進(jìn)行控制現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)的啟停。
[0028]基于WIA-PA的無(wú)線抽油機(jī)RTU控制器基于ARM平臺(tái)開發(fā)，采用32位處理器，并集成電量采集功能，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信息采集及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、故障報(bào)警等功能，具有可靠性高、處理速度快、通信穩(wěn)定、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。
[0029]基于WIA-PA的無(wú)線抽油機(jī)控制器結(jié)構(gòu)組成框圖如圖2所示，主要包括外殼20及設(shè)置于外殼20內(nèi)的電子器件組成,主要包括I/O輸入輸出模塊21、三相電米集模塊22、本地通信模塊23、處理器模塊24、液晶顯示25、電源管理模塊26、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口模塊27和WIA-PA無(wú)線通信模塊28。
[0030]I/O輸入輸出模塊21主要包括8路(Al)模擬量輸入接口，4路(DI)數(shù)字量輸入接口，4路(DO)數(shù)字量輸出接口。
[0031]模擬量輸入接口支持4_20mA信號(hào)輸入,用于連接現(xiàn)場(chǎng)有線儀表,輸入信號(hào)與CPU之間使用隔離芯片進(jìn)行信號(hào)隔離。
[0032]數(shù)字量輸入接口用于采集現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)信息信號(hào)，支持12V/24V輸入。
[0033]數(shù)字量輸出接口用于指示燈狀態(tài)指示及現(xiàn)場(chǎng)控制，現(xiàn)場(chǎng)控制采用繼電器輸出。每一路輸出支持一個(gè)常開觸點(diǎn)和一個(gè)常閉觸點(diǎn)，用于控制電機(jī)的啟停及語(yǔ)音報(bào)警開關(guān)等。
[0034]三相電采集模塊22負(fù)責(zé)采集抽油機(jī)的相電流、相電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率，功率因素，頻率等電參數(shù)，互感器將電機(jī)的大電流和大電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏髋c小電壓，信號(hào)調(diào)理電路將互感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚砥骺梢越邮芷ヅ涞男盘?hào)形式，功率計(jì)量IC對(duì)輸入的電壓和電流信號(hào)分析處理，計(jì)算出相應(yīng)的結(jié)果電參量。
[0035]本地通信模塊23支持I個(gè)RS232、1個(gè)RS485、1個(gè)10M/100M以太網(wǎng)接口，以上接口均支持升級(jí)RTU程序，本地顯示，以及本地配置維護(hù)RTU。
[0036]處理器模塊24包括處理器(MCU)和存儲(chǔ)器，負(fù)責(zé)控