基于GSM網(wǎng)油田監(jiān)控系統(tǒng)的檢測模塊設(shè)計

黑龍江 于慶 牛傳德 夏秀立

引言

GSM全稱為“全球移動通信系統(tǒng)”是第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)。GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)是由歐洲主要電信運營者和制造廠家組成的標(biāo)準(zhǔn)化委員會設(shè)計出來的，它是在蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成。1990年完成了GSM900的技術(shù)規(guī)范，1991年制定了DCS1800的標(biāo)準(zhǔn)，兩者具有同樣的基本功能特性，絕大部分二者是通用的，兩個系統(tǒng)均可統(tǒng)稱為GSM系統(tǒng)。目前，廣東移動主要采用以GSM900網(wǎng)絡(luò)為依托，DCS1800網(wǎng)絡(luò)為補充的組網(wǎng)方式，構(gòu)成GSM900/DCS1800雙頻網(wǎng)，雙頻網(wǎng)管理的兩個主要方面是擁塞緩解功能和話務(wù)平衡功能。

1 游梁式抽油機

抽油機的種類很多，各種相關(guān)技術(shù)發(fā)明有數(shù)百種。在眾多的分類方式中，按照采油方式來分是最常用的分類方法，按照這種分類方式把抽油機分為兩類，即有桿類采油設(shè)備和無桿類采油設(shè)備。有桿類采油設(shè)備又可分為抽油桿往復(fù)運動類和旋轉(zhuǎn)運動類，國內(nèi)外大量使用的游梁式抽油機就屬于往復(fù)運動類抽油設(shè)備；無桿類采油設(shè)備又可分為電動液壓驅(qū)動類、潛油離心泵和氣舉采油設(shè)備。

目前，游梁式豎井抽油機采油系統(tǒng)在油田中應(yīng)用最為廣泛，如圖1所示。

從圖中可以看出，該裝置由三部分組成，即井上部分——游梁式抽油機，它由電動機、減速器、曲柄、連桿和游梁等組成；井下部分——抽油泵，它包括游動閥、柱塞、泵筒和固定閥等，抽油泵懸掛在套管中油管的下端，可分為管式泵和桿式泵兩種；聯(lián)接井上部分和井下部分的中間部分——抽油桿柱，它由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。

2 檢測模塊設(shè)計

抽油機測量系統(tǒng)是整個設(shè)計的關(guān)鍵部分，它關(guān)系到檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否，因而，相關(guān)芯片的選取、性價比、可靠性等方面都是設(shè)計的考慮重點，結(jié)合本設(shè)計的實際需要，抽油機測量系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。

設(shè)計中所需要測量的電參量(電壓、電流、功率因數(shù))、溫度、壓力等相關(guān)參數(shù)通過電參量芯片的直接讀取，從而減少使用傳感器的數(shù)量，減輕設(shè)備的重量，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換后送入單片機內(nèi)，經(jīng)過其接受信號的判斷來判知下一步的操作是如何，同時，為了保證各個元件、設(shè)備的正常工作需要又電能的提供者，這些都是由外部電源來供給，同時，為了避免由于某些原因造成了電源不能及時補給，因此，在電源設(shè)計還輔助有蓄電池，以備不時之需。

圖1 游梁式抽油機—抽油泵裝置簡圖

2.1 單片機的選擇

宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬次/秒)，對電機控制，強干擾場合。

STC12C5A60S2單片機中包含中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。STC12C5A60S2系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。

圖2 抽油機測量系統(tǒng)總體方案框圖

2.2 電壓/流瞬時值采樣電路

抽油機工作時電動機的電流很大，無法直接被單片機采集和處理，所以必須經(jīng)過電流互感器按照一定的比例把大電流變?yōu)樾‰娏鳎缓蟀央娏餍盘栟D(zhuǎn)換為電壓信號，再經(jīng)過電路的處理，轉(zhuǎn)換為單片機能夠直接處理的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。電容的選取主要是從濾波的角度出發(fā)，通過選取適當(dāng)容量的電容可以很好地濾走一部分干擾波，二極管的使用主要是利用其單向?qū)щ娞匦詠砜紤]，這樣可以使得其他信號的電壓值直接被屏蔽。

2.3 電壓/流過零檢測電路

從電壓/流瞬時值檢測電路檢測出來的二組電壓參量及三組電流參量分別進(jìn)入電壓/流過零檢測電路。所謂過零檢測是指當(dāng)交流系統(tǒng)中，當(dāng)波形從正半周向負(fù)半周轉(zhuǎn)換時，經(jīng)過零位時系統(tǒng)作出的檢測。待信號經(jīng)過運算放大器的處理之后分別送入或門74HC32芯片，最終在與門74HC11芯片處理后作為進(jìn)入MCU單元的中斷引腳中。

3 結(jié)束語

通過對油田抽油機的監(jiān)控可以更直接地對其加以控制，尤其是在檢測模塊中對主要參數(shù)的及時檢測關(guān)系到采油的效率等因素，因此，本設(shè)計在某種程度上大大解決了油井目前所存在的不足。

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