基于μC/OS-Ⅲ抽油机通讯系统RTU的设计与实现

发布时间：2021-01-29 12:36

　　随着物联网技术在油气田生产的大规模应用,以及其现场对抽油机井场工况数据的实时性、精准性需求的日益提高,我国的油气田已经由数字化向智慧化发展。智慧油田的关键技术之一是对井场数据的智能采集、传输及控制,其核心控制设备是搭载于抽油机的远程控制终端（Remote Terminal Unit,RTU）。现有的抽油机RTU通讯协议单一、通用性不高、通讯距离有限,因此设计一套集多种通讯协议、有线无线通讯相结合的抽油机RTU通讯系统具有很高的应用价值和现实意义。通过对油田井场生产工艺与井场监测设备的需求分析,并考虑石油石化行业相应标准和技术规范,确定出抽油机RTU的功能需求与技术指标,本文提出并设计了一种基于ARM嵌入式系统为核心的抽油机RTU通讯系统。结合RTU主从站通讯模式设计了单井通讯和多井集联通讯,并在符合A11标准的基础上详细规划了RTU通讯方案。硬件系统平台上,核心处理器采用STM32F429IGT6作为主控芯片,通讯模块由有线方式和无线方式相结合,采用RS-232/485串口通讯、ZigBee Pro通讯模块及以太网TCP/IP通讯模块进行各个层级的数据传输,硬件电路设计包括控制电路、通... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 需求背景
    1.2 研究目的和意义
        1.2.1 研究目的
        1.2.2 研究意义
    1.3 国内外发展现状
        1.3.1 抽油机研发国外现状
        1.3.2 抽油机发展国内现状
        1.3.3 RTU国外发展现状
        1.3.4 RTU国内发展现状
    1.4 论文研究的主要内容
第二章 抽油机RTU通讯系统关键技术理论
    2.1 ARM嵌入式系统
        2.1.1 ARM嵌入式硬件系统
        2.1.2 ARM嵌入式软件系统
    2.2 ZigBeePro通信技术
        2.2.1 ZigBee概述
        2.2.2 ZigBeePro协议
    2.3 RS-232/RS-485通信
        2.3.1 RS-232通信技术
        2.3.2 RS-485通信技术
    2.4 以太网通信技术
    2.5 Modbus协议
    2.6 本章小结
第三章 抽油机RTU通讯系统的总体设计方案
    3.1 通讯系统RTU整体概述
    3.2 RTU的软硬件构成和功能要求
        3.2.1 RTU系统硬件构成
        3.2.2 RTU系统软件构成
        3.2.3 RTU功能要求
    3.3 RTU的通讯模式
        3.3.1 单井通讯
        3.3.2 多井通讯
    3.4 整体通讯设计
        3.4.1 无线仪表与从站控制器RTU的通讯
        3.4.2 从站控制器RTU与主站控制器RTU的通讯
        3.4.3 主站控制器RTU与中央控制中心的通讯
    3.5 本章小结
第四章 抽油机RTU通讯系统的硬件设计
    4.1 RTU硬件系统总体概述
    4.2 RTU核心板硬件设计
    4.3 数据通讯协议硬件电路设计
        4.3.1 RS-232通信电路
        4.3.2 RS-485通信电路
        4.3.3 ZigBeePro通信电路
        4.3.4 以太网TCP/IP通信电路
    4.4 本章小结
第五章 抽油机RTU通讯系统的软件设计
    5.1 RTU软件系统总体概述
    5.2 μC/OS-Ⅲ操作系统
        5.2.1 μC/OS-Ⅲ操作系统概述
        5.2.2 μC/OS-Ⅲ内核文件结构
    5.3 通信协议的实现
        5.3.1 ModbusRTU协议的实现
        5.3.2 ZigBeePro协议的实现
    5.4 μC/OS-Ⅲ操作系统的移植
        5.4.1 μC/OS-Ⅲ移植要求
        5.4.2 STM32启动文件修改
cpu_a.asm修改">        5.4.3 os_cpu_a.asm修改
a.asm修改">        5.4.4 cpu_a.asm修改
cpu_c.c/os_cpu.h修改">        5.4.5 os_cpu_c.c/os_cpu.h修改
stm32f4xx.c修改">        5.4.6 system_stm32f4xx.c修改
cfg.h修改">        5.4.7 os_cfg.h修改
    5.5 板级包BSP移植
    5.6 RTU通讯系统程序设计
        5.6.1 井口仪表与从站RTU之间ZigBee通信任务Task-ZB
        5.6.2 从站RTU与主站RTU之间RS-485通信任务Task-
        5.6.3 主站RTU与主控制室之间以太网/TCP通信任务Task-TCP
        5.6.4 数据存储任务Task-SD
        5.6.5 井口故障报警与控制任务Task-A-C
    5.7 本章小结
第六章 抽油机RTU通讯系统功能测试
    6.1 通讯系统RTU软件开发环境
        6.1.1 KeilforARM
        6.1.2 IARforARM
        6.1.3 SmartRF闪存编程器
    6.2 通讯功能测试
        6.2.1 井口控制器与采集端ZigBee组网测试
        6.2.2 主站RTU与中央控制室以太网通信测试
        6.2.3 TCP传输误码率检测
    6.3 抽油机RTU参数配置测试
    6.4 RS-232/485现场控制测试
    6.5 多任务调度测试
        6.5.1 创建μC/OS-Ⅲ任务
        6.5.2 任务调度测试
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RTU的两主一备水泵控制系统设计[J]. 徐高志,景波云.  自动化与仪表. 2017(08)
[2]一种软件定义的嵌入式RTU多协议自动适配数据传输方法[J]. 金惠英,苏勇.  江苏水利. 2017(08)
[3]Development Trend and Revelations Regarding the Oil and Gas Upstream Sector[J]. Hou Mingyang.  China Oil & Gas. 2017(01)
[4]节能降耗新技术在油田的应用研讨[J]. 秦拥.  石化技术. 2016(09)
[5]关于大庆油田地质开发技术质量研究[J]. 王佐天.  中国石油和化工标准与质量. 2016(13)
[6]智慧油田中嵌入式RTU应用设计[J]. 魏学良,李卓然,于聪智.  电子设计工程. 2016(03)
[7]一种抽油机示功图数据无损压缩存储方法[J]. 李金诺,龚仁彬,李群,王从镔,姚刚.  石油学报. 2016(02)
[8]数字化抽油机技术现状和发展趋势[J]. 张世英.  中国石油和化工标准与质量. 2016(03)
[9]安控科技:引领RTU未来[J]. 曹银平.  自动化博览. 2015(07)
[10]基于Modbus RTU协议的矿用语音通信主机设计[J]. 成占军.  工矿自动化. 2015(06)

硕士论文
[1]数字化抽油机控制技术与系统应用研究[D]. 李付超.西安石油大学 2015
[2]数字化油田建设中远程测控终端的设计与实现[D]. 张建国.电子科技大学 2014
[3]数字化抽油机智能控制器的研究[D]. 张燕燕.西安工程大学 2013
[4]抽油机井系统动态实时分析[D]. 谢雄.中国石油大学 2009
[5]抽油机电机参数的检测与数据远传[D]. 时研.中国石油大学 2008
[6]抽油机无线监控系统的开发与应用[D]. 丁海涛.西南石油学院 2005



本文编号：3006898