基于无线传感网络的抽油机工况监测系统设计

发布时间：2017-10-23 15:48

  本文关键词：基于无线传感网络的抽油机工况监测系统设计

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【摘要】：依据国内现代化油田建设的需要,以及对国家能源节约战略的积极响应,针对油田监控行业现存问题,以游梁式抽油机为代表,为其设计了基于无线传感器网络的抽油机工况监测系统。该抽油机工况监控系统兼具抽油机电参数采集、远程无线数据传输及抽油机示功图绘制功能。为更好地实现数据的实时采集,数据终端主控芯片采用高性能的STM32处理器;选用专用的电能计量芯片完成电力参数的测量;远程功能的实现依赖于ZigBee传感技术与GPRS无线通信技术的融合,使其在短距离依靠ZigBee技术进行快速有效的传输,而对于远距离的传输技术则采用GPRS无线通信技术,使远程的数据传输更加可靠。同时抽油机井故障阶段的有效信息也可通过该远程传输系统上传至监控室,便于工作人员进行故障确认与排除,极大程度地提高生产管理的科学性和有效性。论文分别对该无线监测系统所包括的示功图采集模块、电参数测量模块以及无线通信技术模块进行了详细的介绍,并根据各模块不同的功能特性对其所需的具体器件选型,以及软、硬件设计进行阐述。例如,示功图采集模块设计了载荷与位移传感器,并实现数据的无线传输,实现载荷、位移信息的无线采集。硬件设计方面,采用CS5463专用电能计量芯片作为电参数测量模块的核心。并重点讲解了STM32与CS5463之间的SPI通讯;在无线通信模块部分,进行了ZigBee无线通信模块和GPRS无线通信模块的选型。在上位机监控系统中采用C#语言进行了人机界面的设计。经测试,此系统可以广泛应用于油田有杆抽油设备的监控,使油田采油工不用频繁的巡井,降低采油工的劳动强度,克服手工绘制示功图时的不准确性以及人工参数测量伴随的人为测量误差。使其在油田抽油机井科学管理方面具有实际的应用价值和研究意义。
【关键词】：抽油机 数据采集 无线传输 STM32
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 论文背景及研究意义8-10
• 1.2 国内外研究的现状10
• 1.3 本文所做的工作10-12
• 第二章 抽油机无线工况监测系统的总体设计12-18
• 2.1 抽油机的工作原理12-14
• 2.2 抽油机示功图的分析与研究14-16
• 2.3 抽油机无线工况监测系统的结构和功能的设计16-17
• 2.4 本章小结17-18
• 第三章 无线数据传输的实现18-24
• 3.1 无线传感网络技术18-21
• 3.1.1 Zig Bee技术简介18-19
• 3.1.2 Zig Bee的组成及其自组网19
• 3.1.3 Zig Bee网络拓扑19-21
• 3.2 GPRS无线通信技术21-23
• 3.2.1 GPRS通信原理21-22
• 3.2.2 GPRS通信协议22-23
• 3.3 监测系统连接到Internet的方式23
• 3.4 本章小结23-24
• 第四章 抽油机无线工况监测系统的硬件设计24-42
• 4.1 电力参数采集模块的设计24-28
• 4.1.1 电力参数测量原理24-26
• 4.1.2 CS5463测量电路26-27
• 4.1.3 CS5463前端采集电路27-28
• 4.2 载荷传感器的设计28-30
• 4.2.1 载荷测量原理28-29
• 4.2.2 载荷采集电路29-30
• 4.3 位移传感器的设计30-35
• 4.3.1 位移测量原理30-34
• 4.3.2 位移采集电路34-35
• 4.4 主控模块的设计35-37
• 4.5 无线通信模块的设计37-39
• 4.6 系统时钟电路的设计39
• 4.7 数据存储电路的设计39-40
• 4.8 电源模块的设计40
• 4.9 本章小结40-42
• 第五章 抽油机无线工况监测系统软件设计42-52
• 5.1 主程序的设计42-43
• 5.2 电力参数采集模块程序的设计43-45
• 5.3 示功图采集模块的程序设计45-48
• 5.4 无线通信模块程序设计48-50
• 5.5 抽油机上位机监控软件的设计50-51
• 5.6 本章小结51-52
• 第六章 抽油机无线工况监测系统的现场测试52-60
• 6.1 系统硬件电路组建52-53
• 6.2 系统的硬件调试53-55
• 6.3 现场调试55-59
• 6.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65

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