基于物联网数字化抽油机控制系统研究

发布时间：2017-08-13 12:29

  本文关键词：基于物联网数字化抽油机控制系统研究

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【摘要】：随着“工业4.0”和智能制造的推广与实施,数字化智能控制已成为当今数字化油田建设的发展趋势,物联网技术已经成为数字化抽油机智能控制的一项重要支撑技术。针对油田渗透率低导致的抽油机电量消耗大的问题,结合数字化抽油机控制与物联网技术国内外研究文献和新技术,研究基于物联网的数字化抽油机控制系统。本文分析了传统抽油机在低渗透油田的不足,确立基于物联网的数字化抽油机控制系统需求,制定了物联网数字化抽油机控制系统设计方案,搭建数字化抽油机数据采集、数据传输和应用处理的物联网三层架构。采用STM32F103的ARM芯片与无线ZigBee技术相结合的方式,构建硬件智能控制器,完成抽油机传感器数据采集、抽油机冲次智能控制与平衡度的自动调节。重点对智能控制器的硬件部分进行设计,其电路部分主要包括语音提示电路、平衡调节电路、冲次控制电路、ZigBee无线通信电路以及各模块的通信接口。同时采用MDK-ARM软件编程平台对智能控制器主程序和各模块的子程序进行设计,研究了基于ZigBee的从式井场抽油机自组网技术;设计了抽油机具有冲次控制、平衡调节、远程启停控制和语音提示等功能,实现了对抽油机的智能控制。现场运行结果表明,系统能够实现平衡调节、冲次控制及远程启停功能,可实现从式井场自组网数据传输功能,对陕北“三低油田”具有显著节能效果和可靠数据传输提高智能管理水平,同时,在智慧化油田建设中具有重要应用价值。
【关键词】：数字化抽油机 物联网 智能控制 ZigBee技术
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE938;TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题的目的和意义8-9
• 1.1.1 课题研究的目的8
• 1.1.2 课题研究的意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势9-10
• 1.2.1 国外研究现状9
• 1.2.2 国内研究现状9-10
• 1.3 课题来源10
• 1.4 论文的主要内容和结构10-12
• 第二章 相关理论技术12-18
• 2.1 物联网技术12
• 2.1.1 物联网的概念12
• 2.1.2 物联网的架构12
• 2.2 物联网技术在数字化抽油机中的应用12-14
• 2.2.1 关键技术12-13
• 2.2.2 主要应用13-14
• 2.3 ZigBee无线传输的协议和网络结构14-16
• 2.3.1 ZigBee协议14-15
• 2.3.2 ZigBee设备类型15-16
• 2.3.3 ZigBee三种网络拓扑结构16
• 2.4 RS-485 通讯16-17
• 2.5 本章小结17-18
• 第三章 数字化抽油机控制系统原理与需求分析18-22
• 3.1 油田井场采油设备18-19
• 3.1.1 传统抽油机的工作构成及原理18
• 3.1.2 抽油泵的工作构成及原理18-19
• 3.2 数字化抽油机具体构成和工作原理19-20
• 3.2.1 数字化抽油机主要构成19-20
• 3.2.2 数字化抽油机工作原理20
• 3.3 数字化抽油机控制系统需求分析20-21
• 3.3.1 系统控制需求21
• 3.3.2 系统功能需求21
• 3.3.3 主要控制技术指标21
• 3.4 本章小结21-22
• 第四章 控制系统的方案设计22-32
• 4.1 系统设计的原则22
• 4.2 数字化抽油机控制系统总体方案设计22-23
• 4.3 数据采集与执行子系统23-25
• 4.3.1 数字采集与执行子系统构成23-24
• 4.3.2 数据采集24-25
• 4.3.3 执行机构25
• 4.4 数据传输子系统设计25-28
• 4.4.1 数据传输子系统构成25-26
• 4.4.2 ZigBee丛式井自组网26-28
• 4.5 数字化抽油机智能控制器的设计28-31
• 4.5.1 智能控制器构成28
• 4.5.2 平衡调节28-30
• 4.5.3 冲次控制30-31
• 4.6 本章小结31-32
• 第五章 物联网数字化抽油机控制系统的硬件实现32-47
• 5.1 物联网数字化抽油机控制系统硬件组成32-33
• 5.2 数据采集部分硬件配置33-36
• 5.2.1 无线温度压力变送器33
• 5.2.2 一体化无线示功图采集模块33
• 5.2.3 电参数采集模块33-34
• 5.2.4 电机变频器控制34
• 5.2.5 执行机构控制回路34-36
• 5.3 传输层硬件实现36-39
• 5.3.1 无线ZigBee通讯模式37-38
• 5.3.2 RS-485 通讯模式38-39
• 5.4 智能控制器的硬件实现39-45
• 5.4.1 设备选型39-40
• 5.4.2 控制器的硬件电路构成40-41
• 5.4.3 微控制器及外围电路的实现41-45
• 5.5 控制系统抗干扰设计45-46
• 5.6 本章小结46-47
• 第六章 物联网数字化抽油机控制系统的软件实现47-53
• 6.1 程序开发平台介绍47
• 6.2 物联网数字化抽油机控制软件功能组成47-48
• 6.2.1 控制系统软件功能组成47
• 6.2.2 控制系统软件功能描述47-48
• 6.3 智能控制器程序设计48-52
• 6.3.1 智能控制器主程序的设计48-49
• 6.3.2 数据采集子程序设计49
• 6.3.3 语音提示子程序设计49-50
• 6.3.4 平衡调节子程序设计50-51
• 6.3.5 冲次控制子程序设计51
• 6.3.6 ZigBee自组网子程序设计51-52
• 6.4 本章小结52-53
• 第七章 物联网数字化抽油机控制系统调试53-64
• 7.1 系统的调试53-57
• 7.1.1 系统硬件调试53-54
• 7.1.2 系统软件调试54-57
• 7.2 系统运行与分析57-63
• 7.2.1 系统运行57-62
• 7.2.2 运行结果分析62-63
• 7.3 本章小结63-64
• 第八章 总结与展望64-65
• 8.1 总结64
• 8.2 创新点64
• 8.3 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69-70
• 附录:数字化抽油机电气原理图纸70-76

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