抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，包括變頻器功能擴展和通訊控制器(Function Extension and Communication Controller of The Inverter，F(xiàn)ECCI)模塊、抽油機變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測模塊、抽油機沖程檢測模塊、GPRS DTU通訊模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控主機模塊等。該抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)具有通用性強、實時性高、抗擾性好、安全可靠等優(yōu)點，優(yōu)化了通訊控制結(jié)構(gòu)，擴展了變頻器的功能，實現(xiàn)了抽油機的直接、遠(yuǎn)程互補監(jiān)控，提高了油田的經(jīng)濟效益。
【專利說明】抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，特別是涉及到抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)油田廣泛采用變頻器來實現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)，現(xiàn)場通常根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)定面板和外部端子對抽油機進(jìn)行監(jiān)控。如想實現(xiàn)對抽油機功圖、沖程位置、油井壓力和液位等其他重要參數(shù)的監(jiān)測，利用變頻器無法直接完成，往往需要配備額外的測量裝置，成本較高。而且普通變頻器僅有一個通訊接口，實現(xiàn)的功能單一；現(xiàn)場普遍采用變頻器通訊接口外接無線通訊設(shè)備的方法實現(xiàn)抽油機遠(yuǎn)程監(jiān)控，其存在諸多問題。首先，無線通訊本身就具有不穩(wěn)定因素，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，加之沒有任何備用方案，監(jiān)控系統(tǒng)就會與抽油機失去聯(lián)系，降低了抽油機監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性。其次，大部分抽油機監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控的實時性和快速性要求較高，通常需要將控制模塊與變頻器直接連接以實現(xiàn)對抽油機的快速控制。比如通過檢測抽油機的上、下沖程來實現(xiàn)變頻運行，若采用無線通訊的方式，必然會因為網(wǎng)絡(luò)信號傳輸延遲，無法實時跟蹤反饋回來的沖程信號，從而無法實現(xiàn)抽油機上、下沖程的快速精確檢測，無法實時調(diào)節(jié)運行頻率；還有對于抽油機故障的檢測，如果監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)不夠及時，會導(dǎo)致抽油機故障無法快速排除，從而嚴(yán)重影響油田安全生產(chǎn)。此外，由于無線通訊設(shè)備已經(jīng)占用了變頻器的唯一通訊控制接口，使得其他檢測模塊無法對抽油機進(jìn)行直接快速控制，從而導(dǎo)致變頻器功能受限，抽油機監(jiān)控系統(tǒng)的功能單一。因此，能否克服變頻器功能單一的缺點，對其進(jìn)行功能擴展，實現(xiàn)多參數(shù)同步監(jiān)控，并且實現(xiàn)抽油機直接快速控制、遠(yuǎn)程控制之間的互補協(xié)調(diào)，是抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)急需解決的重要問題。為此本新型專利發(fā)明了抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，解決了上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)。
[0004]為解決上述問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn):抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，包括面向變頻器功能擴展和通訊控制的FECCI模塊、抽油機變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測模塊、抽油機沖程檢測模塊、GPRS DTU通訊模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控主機模塊。
[0005]作為優(yōu)選，抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述面向變頻器功能擴展和通訊控制的FECCI模塊是整個監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心模塊，包括MCU主控芯片、多個UART串口、485轉(zhuǎn)換電路、JTAG/SWD下載電路等。所述MCU主芯片采用STM32F103系列單片機，具有運行速度快、存儲空間大、通訊功能強等優(yōu)點；所述多個UART串口和485轉(zhuǎn)換電路用于連接抽油機變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測模塊、抽油機沖程檢測模塊和GPRS DTU通訊模塊等，用于協(xié)調(diào)各模塊之間的通訊控制，并能擴展連接其他多個檢測模塊，主要用于擴展變頻器的功能。
[0006]作為優(yōu)選，抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述抽油機變頻控制模塊用于配合其他模塊控制抽油機的啟停、正反轉(zhuǎn)、變頻等運行狀態(tài)，實時檢測抽油機的運行頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出功率、母線電壓等參數(shù)，并能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定和讀取。
[0007]作為優(yōu)選，抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述Zigbee功圖檢測模塊安裝在抽油機懸繩器上，包括采集傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和Zigbee收發(fā)模塊，用于將加速度、載荷傳感器采集處理的位移、載荷、沖程和沖次數(shù)據(jù)封裝后，通過外接的Zigbee收發(fā)模塊傳輸?shù)紽ECCI模塊。
[0008]作為優(yōu)選，抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述抽油機沖程檢測模塊包括接近開關(guān)和信號調(diào)理電路，接近開關(guān)用于檢測抽油機的上、下沖程位置，信號調(diào)理電路用于把接近開關(guān)檢測后輸出的高、低電平轉(zhuǎn)換為適合FECCI模塊輸入的信號。
[0009]作為優(yōu)選，抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述GPRS DTU通訊模塊包括X86架構(gòu)RDC處理器、RS485接口、32KB SDRAM&512KB Flash和高性能工業(yè)級無線模塊，支持移動和聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，能保證全天在線，用于將FECCI模塊內(nèi)部緩存的數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)發(fā)到無線網(wǎng)絡(luò)，用于抽油機的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。
[0010]作為優(yōu)選，抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控主機模塊包括服務(wù)器、客戶端和數(shù)據(jù)解析模塊，用于接收GPRS DTU通訊模塊傳送的數(shù)據(jù)，解析成實際值并實時顯示；用于實現(xiàn)抽油機的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、故障聲光報警和功圖曲線繪制等功能。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和有益效果是:
[0012]采用基于STM32F103系列單片機的變頻器功能擴展和通訊控制器FECCI模塊，其作為核心模塊，把抽油機變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測模塊、抽油機沖程檢測模塊和GPRSDTU通訊等其他模塊連接起來，擴展了變頻器的功能，實現(xiàn)了各模塊數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。所述FECCI模塊能夠根據(jù)Zigbee傳入的功圖數(shù)據(jù)自動調(diào)整抽油機的運行狀態(tài)；能夠根據(jù)接近開關(guān)傳來的高低電平信號，快速檢測抽油機的上、下沖程，直接改變抽油機上、下沖程運行頻率，使得監(jiān)控及時迅速；同時能夠與GPRS DTU模塊進(jìn)行雙向通訊，實現(xiàn)抽油機的遠(yuǎn)程監(jiān)控。即使GPRS通訊模塊或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，F(xiàn)ECCI模塊本身也可以作為備用，直接控制抽油機運行，從而實現(xiàn)抽油機的直接、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)互補控制，使得監(jiān)控穩(wěn)定可靠。除此之夕卜，F(xiàn)ECCI模塊還能夠擴展連接其他功能模塊，如油井壓力、液位檢測模塊等，從而實現(xiàn)多種工況參數(shù)的同步監(jiān)控。與傳統(tǒng)的抽油機監(jiān)控系統(tǒng)相比，本實用新型抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)克服了變頻器通訊功能單一的缺點，擴展了變頻器的功能；采用FECCI模塊解決了傳統(tǒng)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不可靠、不及時等潛在問題，實現(xiàn)了抽油機的直接、遠(yuǎn)程互補控制，增強了抽油機監(jiān)控的可靠性；同時減少了 GPRS DTU通訊模塊的使用量，降低了成本；采用Zigbee、GPRS DTU無線通訊方式和遠(yuǎn)程監(jiān)控主機使得工作人員在監(jiān)控室就可以遠(yuǎn)程監(jiān)控抽油機的運行狀況、設(shè)定參數(shù)、查看功圖數(shù)據(jù)、分析故障類型、制定維護(hù)計劃，節(jié)省了時間，提高了油田的生產(chǎn)效率和安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1所示，圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，包括面向變頻器功能擴展和通訊控制的FECCI模塊、抽油機變頻控制模塊(變頻器)>Zigbee功圖檢測模塊、抽油機沖程檢測模塊、GPRS DTU通訊模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控主機模塊。其中面向變頻器功能擴展和通訊控制的FECCI模塊是系統(tǒng)的核心模塊，在整個監(jiān)控系統(tǒng)中具有主體地位和關(guān)鍵作用。抽油機變頻控制模塊的電壓輸出端子直接連接抽油機，實時控制抽油機的運行狀態(tài)，檢測抽油機的運行頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出功率和母線電壓等參數(shù)；抽油機變頻控制模塊的通訊接口端子連接到FECCI模塊，能夠與其他多個控制、通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)對抽油機的直接、遠(yuǎn)程互補控制。Zigbee功圖檢測模塊安裝在抽油機懸繩器上，實時采集抽油機的位移、載荷、沖程和沖次等信息，并通過外接的Zigbee發(fā)送模塊將上述信息遠(yuǎn)距離傳送到Zigbee接收模塊；Zigbee接收模塊連接到FECCI模塊上，利用其主控芯片STM32F103單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，并通過GPRS DTU通訊模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控主機以繪制功圖；FECCI模塊便會根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控主機反饋的功圖診斷信息，自動調(diào)節(jié)抽油機的運行頻率。抽油機沖程檢測模塊的接近開關(guān)用于檢測抽油機的上、下沖程位置，并把其檢測后輸出的高、低電平經(jīng)信號調(diào)理電路送入FECCI模塊，F(xiàn)ECCI模塊便會根據(jù)上、下沖程信號直接控制抽油機的上、下行頻率。GPRSDTU通訊模塊也和FECCI模塊相連接，并將FECCI中緩存的各個模塊交互數(shù)據(jù)通過無線Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控主機。除此之外，F(xiàn)ECCI模塊還能夠進(jìn)一步擴展連接其他功能模塊，如油井壓力、液位檢測模塊等，擴展了變頻器的功能，實現(xiàn)了多種工況參數(shù)的同步監(jiān)控。最后，遠(yuǎn)程監(jiān)控主機的服務(wù)器和客戶端會通過Internet網(wǎng)絡(luò)向GPRS DTU通訊模塊發(fā)送變頻器控制命令或者接收其返回的各抽油機工況信息，并將各工況信息傳輸?shù)娇蛻舳藢崟r顯示，從而實現(xiàn)抽油機的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、功圖曲線繪制和故障聲光報警等功能。
【權(quán)利要求】
1.抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，該抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)包括面向變頻器功能擴展和通訊控制的FECCI模塊、抽油機變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測模塊、抽油機沖程檢測模塊、GPRSDTU通訊模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控主機模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴展和通訊控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述面向變頻器功能擴展和通訊控制的FECCI模塊包括MCU主控芯片、多個UART串口、485轉(zhuǎn)換電路、JTAG/SWD下載電路，用于通訊控制和變頻器功能擴展。
【文檔編號】G05B19/042GK204166336SQ201420674297
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】鄭長明, 張加勝, 朱辰星, 陳榮, 劉偉, 胡永恒 申請人:中國石油大學(xué)(華東)