基于無線網(wǎng)絡(luò)的抽油機井數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抽油機井數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)及其方法，具體地說是一種基于WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的抽油機井數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，基于井場、站、庫等油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、過程控制、參數(shù)優(yōu)化、管理決策等凸現(xiàn)重要，將自動化技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)融合的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在智能識別、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面發(fā)揮越來越大的作用，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)是油氣田信息化建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。
[0003]油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就是通過傳感、射頻、通訊等技術(shù)，對油氣水井、計量間、油氣站庫及相關(guān)集輸管網(wǎng)等生產(chǎn)對象進行全面的感知，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集和控制、油氣田生產(chǎn)運行監(jiān)控和管理，進而提高生產(chǎn)操作單元的自動化水平，進一步提高油氣田生產(chǎn)決策的及時性和準確性。
[0004]目前油氣田均已不同程度的實施了油氣生產(chǎn)自動化、數(shù)字化建設(shè)。針對生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)有有線和無線兩種方向，有線的采集與控制系統(tǒng)在施工、維護等方面均不便利，而目前的無線系統(tǒng)多是基于Zigbee系統(tǒng)設(shè)計，無線通信成功率低，無法保證全天監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時和準確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種用于WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)中能夠完全實現(xiàn)無線通信的抽油機井數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:基于無線網(wǎng)絡(luò)的抽油機井數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，包括組態(tài)計算機、工業(yè)以太網(wǎng)、WIA無線網(wǎng)關(guān)、井口控制單元和數(shù)據(jù)采集終端；組態(tài)計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)與WIA無線網(wǎng)關(guān)連接；井口控制單元設(shè)置于抽油機井口，與數(shù)據(jù)采集終端、WIA無線網(wǎng)關(guān)進行無線通信。
[0007]所述井口控制單元為多個，每個井口控制單元設(shè)置在一個抽油機井井口內(nèi)；每個井口控制單元與儀表構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)，還與WIA無線網(wǎng)關(guān)構(gòu)成MESH網(wǎng)絡(luò)。
[0008]所述井口控制單元包括處理器模塊以及與其連接的I/O輸入輸出模塊、三相電采集模塊、本地通信模塊、液晶顯示模塊、電源管理模塊、數(shù)據(jù)遠傳接口模塊和WIA無線通信模塊。
[0009]所述三相電采集模塊采用電阻、電流互感器、功率計量IC和信號隔離芯片；三相交流電的每相串聯(lián)多個電阻后、通過濾波器與功率計量IC的電壓輸入通道連接，每相還通過壓敏電阻接地；三個電流互感器分別穿過三相交流電線，每個電流互感器的正負輸出端之間連有一個電阻與串聯(lián)的兩個電阻的并聯(lián)電路，并聯(lián)電路的兩端之間連有限幅電路，限幅電路的兩端通過濾波電路與功率計量IC的電流輸入通道連接；功率計量IC的輸出端經(jīng)信號隔離芯片與處理器模塊連接。
[0010]所述濾波器的輸入端與地之間連有電阻、兩個串聯(lián)的電容和一個電容的并聯(lián)電路；電容的兩端分別與功率計量IC的電壓輸入通道連接；電阻接地的一端與兩個串聯(lián)的電容接地的一端之間還連有另一電阻，兩個串聯(lián)的電容之間的結(jié)點接地。
[0011]所述濾波電路包括電阻和電容；濾波電路的兩個輸入端分別通過電阻與功率計量IC的輸入端連接，功率計量IC的兩個輸入端之間連有串聯(lián)的兩個電容和一個電容的并聯(lián)電路；串聯(lián)的兩個電容之間的結(jié)點接地。
[0012]基于無線網(wǎng)絡(luò)的抽油機井數(shù)據(jù)采集控制方法，包括以下步驟:
[0013]各數(shù)據(jù)采集終端將采集的抽油機數(shù)據(jù)發(fā)送至與其在同一抽油機井內(nèi)的井口控制單元，該井口控制單元將抽油機數(shù)據(jù)和自身采集的電量參數(shù)信息發(fā)送至WIA無線網(wǎng)關(guān)，同時進行數(shù)據(jù)存儲；
[0014]組態(tài)計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)收到WIA無線網(wǎng)關(guān)發(fā)來的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和各抽油機數(shù)據(jù)及電量參數(shù)信息，發(fā)送控制命令至WIA無線網(wǎng)關(guān);WIA無線網(wǎng)關(guān)將控制命令下發(fā)至相應(yīng)的井口控制單元；如果是控制命令，井口控制單元根據(jù)控制命令內(nèi)容檢測當前抽油機井狀態(tài)并執(zhí)行控制命令；如果是配置命令，則發(fā)送至相應(yīng)的儀表進行參數(shù)修改與配置。
[0015]所述各數(shù)據(jù)采集終端將采集的抽油機數(shù)據(jù)發(fā)送至與其在同一抽油機井內(nèi)的井口控制單元具體為:無線溫度變送器將抽油機井內(nèi)溫度數(shù)據(jù)、無線壓力變送器將抽油機壓力數(shù)據(jù)、無線示功儀將功圖數(shù)據(jù)無線發(fā)送至與其在同一抽油機井內(nèi)的井口控制單元。
[0016]所述無線示功儀將功圖數(shù)據(jù)無線發(fā)送至與其在同一抽油機井內(nèi)的井口控制單元包括以下步驟:
[0017]示功儀與井口控制單元之間傳輸功圖數(shù)據(jù)時包含O?η包數(shù)據(jù)，示功儀發(fā)出O號數(shù)據(jù)包后，等待接收到井口控制單元的應(yīng)答數(shù)據(jù)包后，開始連續(xù)發(fā)送I?η-1號數(shù)據(jù)包，不需要應(yīng)答；發(fā)送完成后發(fā)送η號數(shù)據(jù)包，等待接收到井口控制單元的應(yīng)答數(shù)據(jù)包后，完成本次功圖發(fā)送過程；
[0018]若收不到O或η號數(shù)據(jù)包的應(yīng)答時，則示功儀啟動重傳，每間隔30s重傳I次，共重傳10次，若仍收不到應(yīng)答，則放棄此次傳輸過程；
[0019]如整個傳輸?shù)腛?η號數(shù)據(jù)包有丟失時，進行補包過程，即發(fā)送η號數(shù)據(jù)包后，等待井口控制單元應(yīng)答數(shù)據(jù)包，在應(yīng)答數(shù)據(jù)包中包含了井口控制單元數(shù)據(jù)包不完整信息和缺失的數(shù)據(jù)包序列號，示功儀連續(xù)重傳該不完整數(shù)據(jù)包，并再發(fā)送η號數(shù)據(jù)包，直到接收到井口控制單元應(yīng)答功圖數(shù)據(jù)完整后，結(jié)束本次傳輸過程。
[0020]所述電量參數(shù)信息包括抽油機三相電壓、三相電流、功率因素、有功功率、無功功率、視在功率、線路頻率、有功電能、電流圖。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0022]1.本發(fā)明實現(xiàn)了抽油機井數(shù)據(jù)實時自動采集，為油氣物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析和指導(dǎo)生產(chǎn)提供直接的數(shù)據(jù)信息。
[0023]2.WIA無線網(wǎng)絡(luò)在可視距離300米范圍內(nèi)可直接通信，并且井口控制單元RTU均有無線路由功能，有障礙物遮擋或無線信號不佳時可以通過多跳網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，通信成功率達到99%，保證數(shù)據(jù)可靠性。
[0024]3.采用無線溫度變送器、無線壓力變送器、無線一體化示功儀和使用無線網(wǎng)絡(luò)遠傳數(shù)據(jù)的井口控制單元設(shè)計，開通安裝便捷，節(jié)約人力成本，解決布線不便和不利于維護等問題。
[0025]4.采用WIA-PA無線通信技術(shù)，井口控制單元同時可支持有線及無線通訊，實現(xiàn)了油田現(xiàn)場的全自動化，不但實現(xiàn)了抽油機運轉(zhuǎn)情況的實時監(jiān)控，為及時處理故障提供條件，還解放了大量人力，有利于優(yōu)化人力資源配置。無線技術(shù)簡化了現(xiàn)場設(shè)備的布線和設(shè)置，優(yōu)化了現(xiàn)場布線及安裝。
[0026]5.三相電采集模塊采用隔離技術(shù)，與RTU其他部分實現(xiàn)了隔離，保證了 RTU本身的安全性。
[0027]6.實現(xiàn)了 RTU與電量采集一體化設(shè)計，能夠采集三相電的參數(shù)信息，井口控制單元是井口抽油機數(shù)據(jù)采集、處理、控制設(shè)備，對各種輸入量的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集、處理和存儲并進行轉(zhuǎn)發(fā)。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖；
[0029]其中，11組態(tài)計算機，12實時數(shù)據(jù)庫，13網(wǎng)線，14工業(yè)以太網(wǎng)，15WIA無線網(wǎng)關(guān)，16阻擋物，17WIA無線網(wǎng)絡(luò)，18井口控制單元，19、20、21儀表；
[0030]圖2為本發(fā)明的上行數(shù)據(jù)流程框圖；
[0031]圖3為本發(fā)明的下行數(shù)據(jù)流程框圖；
[0032]其中，23WIA無線通信模塊、24處理器模塊，25三相電采集模塊，26WIA無線收發(fā)模塊，27數(shù)據(jù)采集與處理模塊；
[0033]圖4為示功儀與井口控制單元傳輸功圖的流程圖一；
[0034]圖5為示功儀與井口控制單元傳輸