基于物聯網的抽油機智能測控終端的制作方法

本發明涉及一種油田抽油機的現場工作參數自動采集、實時數據無線遠程傳送、智能、遠程控制與管理的測控終端，尤其是涉及一種基于物聯網的抽油機智能測控終端。

背景技術：

目前，大多數油田的油井分散、環境復雜，設備故障以及人為因素造成的停井現象不能及時發現和處理，嚴重影響原油產量；人工巡井效率低、消耗大，抽油機設備利用率低。抽油機作為油田主要的耗能大戶，是油田安全生產和節能減排的管理重點，設備投資費用大、運營成本高、安全生產作業保障困難重重的問題是目前亟待解決的重要課題。

物聯網的發展給油田油氣生產帶來了便利，物聯網技術與智慧化產品的融合使得基于物聯網的抽油機智能測控終端的研發成為可能。根據走訪調研，鑒于目前油田抽油機的監控管理的上述普遍情況,研發設計基于物聯網的抽油智能測控終端具有十分現實的意義。

技術實現要素：

本發明提供了一種基于物聯網的抽油機智能測控終端，是針對適應高溫高寒高風沙的自然條件、替代人工巡井、實時測控、人工智能、無人值守的目標，提出的一種抽油機測控終端。這種裝置采用基于物聯網的LORA無線通訊方式。裝置接受來自于抽油機現場的多種傳感器信號，通過STM32F103單片機處理數據，對抽油機的工作做出反應，同時實時在線將數據發送到LORA無線網絡，并可以根據中央控制室主站發出的命令，采取響應的動作。

一種基于物聯網的抽油機智能測控終端，包括一個STM32F103的嵌入式單片機，所述單片機連接有LORA通訊模塊、數據存儲器、開關量接口電路，所述開關量接口電路連接一個DI端口以及三個DO端口；所述單片機還連接有一個AI端口，用于抽油機油管壓力檢測模擬量4-20mA輸入；以及一個RDT端口，用于抽油機現場溫度檢測輸入。

所述單片機連接有時鐘單元，提供嵌入式單片機工作時鐘和系統時間實時時鐘。

所述單片機連接有人機界面，用于本終端的人機對話。

所述單片機連接有CAN端口，提供CAN總線連接。

所述DI端口作為無源接點開關量輸入，用于抽油機運行與停止狀態反饋接點接入；

三個DO端口包括DO1、DO2、DO3，其中，

DO1作為繼電器干接點脈沖輸出，用于上電啟動或中央控制室控制運行抽油機；

DO2作為繼電器干接點脈沖輸出，用于抽油機停止控制；

DO3作為繼電器干接點輸出，用于抽油機現場語音告警。

進一步的，還包括數個運算放大器，用于放大來自現場傳感器的測量數據。

所述單片機連接有一套電參量端口，用于檢測抽油機的電壓、電流、有功、無功、功率因數、用電量、相序、過負荷、缺相、零序電流、能效分析。

其中，所述DO3端口連接有語音報警裝置，所述語音報警裝置設置有報警時間調整裝置。

所述STM32F103單片機與LORA通訊模塊采用標準RS232通訊接口協議；STM32F103單片機與CAN通訊接口支持標準MODBUS-RTU通訊協議。

本發明的特點與功能：

1） 采用高可靠性的嵌入式芯片，集采集、運算、存儲、控制、顯示、通訊于一體，結構緊湊，性價比高。

2） 獨創的脈沖開關控制模式，功率小、可靠性高、故障率極低。

3） 獨創的間歇可自定義工作模式，極大地節約了能源，提高了出油率。

4） 采用新型的LORA通訊模式，干擾小，可靠性高，經濟性高。

5） 特殊的軟硬件優化設計方式，克服了高溫、高寒、高風沙對智能終端可靠性的影響。

6） 來電自動啟抽DO1。延時時間可設定，默認為30秒。

說明：來電后，來電延時30秒，時間到后，控制輸出繼電器抽油機啟動。

7） 抽油機狀態監測、遠傳。

8） 語音報警功能（例如：抽油機馬上啟動，請注意安全），時間可以設定。（只輸出語音信號，便于用戶外接揚聲器）

溫度監測：可接入檢測一路溫度RTD信號，溫度報警值可設定，超過設定值時，停機。

10）壓力監測：可接入檢測一路壓力信號。

11）按鍵：功能按鍵設置帶權限，防止任意人員修改技術參數。

附圖說明

圖1是所述基于物聯網的抽油機智能測控終端的結構示意圖；

圖2是所述STM32F103單片機的處理流程圖。

具體實施方式

本發明是一種為抽油機配套的遠程測控裝置，屬于油田設備“三化”管理領域。

如圖1所示的框圖，本發明包括STM32F103單片機、LORA無線模塊、數據存儲器、時鐘單元、DI端口、DO端口、AI端口、RDT溫度端口、CAN通訊端口、電參量端口、人機界面接口。各部分描述如下：

一個STM32F103的嵌入式單片機，負責分析處理所有的采集數據和中央控制室發送的控制命令，并根據情況做出相應的判斷、處理；

一個LORA無線模塊，用于在線在線發送數據和接受控制命令；

一個數據存儲器，用于保存測量數據；

數個運算放大器，用于放大來自現場傳感器的測量數據；

一套時鐘單元，提供嵌入式單片機工作時鐘和系統時間實時時鐘；

一個DI端口，DI1：無源接點開關量輸入，抽油機運行與停止狀態反饋接點接入；

三個DO端口，

DO1：繼電器干接點脈沖輸出，上電啟動或中央控制室控制運行抽油機；

DO2：繼電器干接點脈沖輸出，抽油機停止控制；

DO3：繼電器干接點輸出，抽油機現場語音告警；

一個AI端口，用于抽油機油管壓力檢測模擬量4-20mA輸入；

一個RDT端口，用于抽油機現場溫度檢測輸入，可接3線PT100熱電阻；

一個CAN端口，提供CAN總線連接；

一套電參量端口，用于檢測抽油機的電壓、電流、有功、無功、功率因數、用電量、相序、過負荷、缺相、零序電流,能效分析等。

一個人機界面，用于本終端的人機對話。

本發明提出的抽油機智能測控終端對數據采集、處理、控制的方法，包括：

數據采集以STM32F103單片機為核心，依次采集多種抽油機數據，自動與可編程內設參數比較、智能處理、判斷，并根據判斷結果執行進一步操作。

本發明提出的抽油機智能測控終端的數據傳輸采用無線網絡LORA通訊傳輸數據；也可通過串行CAN端口MODBUS-RTU協議傳輸。

本發明提出的抽油機智能測控終端的遠程控制技術可以根據中央控制室主站的控制指令，對抽油機完成啟動和停止控制。

本發明提出的抽油機智能測控終端的現場語音告警和自動報警停止和重啟采用一種先進、實用的設計方法。

本發明利用溫度、壓力等傳感器，對抽油機現場數據實時采集并進行判斷和高速處理，通過LORA無線方式逐級傳送到中央控制室主站系統；采用獨創的脈沖開關模式和間歇抽油工作方式，也可由主站系統進行抽油機運行與停止的控制；啟動運行時具有現場語音告警和啟動倒計時功能；當溫度超限報警或超限報警解除時能夠自動停止和運行抽油機，從而能夠實現抽油機遠程測控管理。

圖2為STM32F103單片機的處理流程圖，在抽油機智能測控終端中STM32F103單片機是本發明的核心技術。

步驟a，根據中央控制室主主發送的指令，判斷其合法性，若成功接受數據，即執行遠程測控，否則執行本地測控；并等待數據返回。

步驟b，依次讀取抽油機現場的所有參數：DI端口、DO端口、AI端口、RDT端口、電參量端口。

步驟c，STM32F103單片機根據系統初始化數據以及端口數據，自動判斷系統是否報警，包括接點自診斷、油管溫度超限、油管壓力超限等。

步驟d，報警解除前一時刻的報警狀態保存在歷史數據存儲器中，當報警解除后可保存其標志位狀態。

步驟e，根據本裝置內部參數設置，報警解除后會有一定的延時間隔檢測，避免抽油機頻繁啟動。

步驟f，在前一刻未報警或報警解除延遲時間到達后，抽油機DO1將運行輸出，此時，抽油機停止DO2和故障報警DO3要求關聯輸出。