嵌入式螺杆泵工况监控系统的研究

论文摘要

随着能源匮乏问题的日益凸显,世界各国对石油资源的高效开采变得更加关注,目前在石油开采行业,螺杆泵系统是应用最为广泛的一种石油举升方式,因此如何保证螺杆泵采油系统的高效运行,并对其运行工况数据作出实时的监测一直是相关科研人员从事的重要课题。国内在螺杆泵采油系统的工况监控领域的相关研究还不够完善,本文针对这一问题,开发了嵌入式螺杆泵工况监控系统。结合地面螺杆泵的工作原理,确定了采用对螺杆泵运行进行控制的同时并对工况参数进行监测的整体设计方案,具体包括嵌入式监控终端和远程监控中心两个部分。嵌入式监控终端硬件采用双MCU的总体结构,以STC12C5A60S2为核心,基于ATT7022B电能计量芯片,选用合适的互感器设计了电参数采集模块,同时设计了转速测量、数据存取(SD卡和USB导出)、数据的无线传输(GPRS)、系统电源等电路;软件部分编程完成了控制算法及各模块的接口程序,实现了参数的采集、校准、计算、存储、双机Modbus通信、建立GPRS网络连接进行数据无线传输等过程。远程监控中心通过Internet实时的接收工况数据,并将数据录入数据库,可以实现历史数据查询、参数的动态曲线绘制、显示数据报表、打印等功能,并能给出运行状况的指示。所开发的系统安装在大庆油田作业现场,经过充分的试验,目前已经投入使用,其运行平稳、操作简单、性价比高,各项技术指标均符合要求。该系统将现场控制技术、参数监测及远程的数据中心相结合,避免了螺杆泵出现空抽,并对螺杆泵的运行工况作出实时的监测,提高了采油的效率,具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 螺杆泵工况监控国内外研究现状
• 1.3 螺杆泵工况监控技术的发展趋势
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 系统的方案设计
• 2.1 地面螺杆泵系统结构及工作原理
• 2.2 工况参数的选取
• 2.2.1 螺杆泵工况分析
• 2.2.2 特征参数的选择
• 2.3 数据传输方案的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 嵌入式监控终端的硬件设计
• 3.1 硬件总体方案设计
• 3.2 电参数采集模块
• 3.2.1 电参计量芯片选型
• 3.2.2 前端信号输入通道的设计
• 3.2.3 ATT7022B 外围电路设计
• 3.3 转速测量模块
• 3.4 双机通信模块
• 3.5 数据存取模块
• 3.5.1 存储模块的设计
• 3.5.2 导出模块的设计
• 3.6 GPRS 无线数据传输模块
• 3.6.1 GPRS 模块选型
• 3.6.2 GPRS 模块接口设计
• 3.7 系统电源模块
• 3.8 本章小结
• 第4章 嵌入式监控终端的软件设计
• 4.1 SD 卡接口程序设计
• 4.2 电参数的校正
• 4.3 测速模块的软件设计
• 4.4 双机通信的程序设计
• 4.4.1 Modbus 协议的实现
• 4.4.2 通信中断子程序
• 4.4.3 CRC 校验算法实现
• 4.5 GPRS 数据传输软件设计
• 4.5.1 GPRS 的网络连接
• 4.5.2 GPRS 的数据发送
• 4.6 模糊控策略的实现
• 4.6.1 模糊控制器的设计
• 4.6.2 模糊控制的软件设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 监控中心的软件设计及试验分析
• 5.1 监控中心的工况数据处理软件的设计
• 5.1.1 工况数据软件的功能需求
• 5.1.2 网络通信的实现
• 5.1.3 数据库功能的实现
• 5.2 工况监控系统整体试验分析
• 5.2.1 监控终端的运行情况
• 5.2.2 工况监测情况的试验
• 5.2.3 试验结论
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢