数字化采油中的太阳能无线集群监测系统

论文摘要

原油开采环境通常比较恶劣而且偏僻,依靠人力的办法进行现场巡检和井况分析,不仅代价高而且效率低下。近年来,随着传感技术、网络技术、计算机技术的飞速发展,尤其是油井数量的急剧增加,数字化油田建设日显迫切。人们可以远程轻松掌控野外恶劣环境下的各种井况,并随时采取应对措施,提高生产效率,降低能耗,增加原油产量。数字化采油中的太阳能无线集群监测系统,用于抽油机井集群式自动化监测,是根据长庆油田数字化建设的迫切需求,对原有方式的改进,是数字化油田建设中的重要内容之一。开口式三立柱载荷传感器对三根弹性立柱上的电阻式应变计所构成的测量电路采用线性累加,提高测量精度;角位移传感器采用静态重力加速度计为核心元件,这两个传感器是获取抽油机光杆载荷和光杆位移的最前端部分。低功耗太阳能无线模块采用Chipcon公司免费频段的低功耗433MHz无线芯片CC1100,GFSK调制方式,10kbps数据传输率,10dBm发射功率,传输距离可达200米。低功耗太阳能无线模块与载荷传感器集成,形成无线载荷传感器;低功耗太阳能无线模块与位移传感器集成,形成无线角位移传感器。载荷、位移信号通过无线的方式传输给井口采集控制器。井口采集控制器是整个系统的核心控制部件,采用Microchip公司的16位单片机MSP430F1611做主控制芯片。井口采集控制器通过无线的方式读取载荷传感器的载荷信号和角位移传感器的位移信号,并完成对数据的实时计算、处理。井口采集控制器将处理过的数据传到上一级主控制器,采用标准的RS485现场总线。工业标准的Modbus应用协议,应用于本系统的井口采集控制器和它的上一级主控制器之间的通讯。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外相关研究现状
• 1.3 主要研究工作
• 第二章 太阳能无线集群监测系统简介
• 2.1 系统介绍及其结构图
• 2.2 示功图数据的形成及传输
• 2.2.1 示功图的概念及意义
• 2.2.2 示功图数据传输过程
• 第三章 载荷传感器及角位移传感器
• 3.1 载荷传感器
• 3.1.1 三柱式载荷传感器原理
• 3.1.2 载荷传感器电路
• 3.2 角位移传感器
• 3.2.1 电容式加速度计原理
• 3.2.2 角位移及直线位移测量原理
• 3.2.3 角位移传感器电路
• 第四章 太阳能低功耗无线系统
• 4.1 太阳能部分的研制
• 4.1.1 太阳能供电能耗计算
• 4.1.2 充电芯片BQ24080
• 4.1.3 太阳能供电电路
• 4.2 低功耗无线模块硬件电路
• 4.2.1 无线芯片 CC1100
• 4.2.2 无线模块的硬件电路
• 4.3 低功耗无线模块软件
• 4.3.1 SPI 接口的概念
• 4.3.2 SmartRF Studio 软件的应用
• 4.3.3 无线收发数据格式
• 4.3.4 传感器部分软件编程
• 4.4 无线部分功率谱测试
• 第五章 井口采集控制器的研制
• 5.1 井口采集控制器功能描述
• 5.2 井口采集控制器硬件电路
• 5.2.1 核心芯片MSP430F1611
• 5.2.2 井口采集控制器硬件电路实现
• 5.3 井口采集控制器软件
• 5.3.1 井口采集控制器软件编程环境
• 5.3.2 井口采集控制器软件模块化
• 5.3.3 井口采集控制器软件流程图
• 第六章 MODBUS通讯协议的使用
• 6.1 标准MODBUS 通讯协议
• 6.1.1 Modbus 简介
• 6.1.2 Modbus 在 R5485 中的应用
• 6.2 MODBUS 在太阳能无线集群监测系统中的应用
• 第七章 结束语
• 7.1 课题工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 无线部分程序