抽油机节能远程监控系统下位机设计

论文摘要

游梁式抽油机是石油开采的主要设备,由于抽油机特殊工况的要求,其驱动电机负载率较低,致使电能的利用率降低,增加了电能的损耗。另一方面,油田工作环境恶劣,怎样把油井运行的相关数据传送到中心控制室一直是个难题。论文针对这种情况,提出了一种基于GPRS、晶闸管调压及电力电容无功补偿,将抽油机节能与远程监控集成为一体的系统。该系统依据模块化的设计理念,由三个主要的功能模块组成,即:现场监控终端下位机、GPRS网络通讯模块和监控中心计算机系统。本文研究的核心是系统下位机的设计。针对游梁式抽油机特有的运行工况,从异步电机运行原理出发,分析、论证了异步电机轻载运行状态下调压节能的可行性,并进行了下位机系统各模块的设计调试工作。将下位机分为三相电参数采集模块、主控模块、晶闸管触发模块。本文设计了基于CS5463的三相电参数采集模块,使得分散在油田中的抽油机在运行过程中的实时三相电压、电流通过现场监控终端的互感器调理为弱电信号、经三组CS5463的六路二阶∑-△ADC模块采样计算得到电压、电流有效值及有功功率、无功功率、功率因数等运行参数。本文所设计的主控模块根据三相电参数采集模块所测得的无功功率、功率因数进行无功补偿、晶闸管调压控制,对被撬、窃电等异常工况产生实时报警信号,这些参数及信号通过由西门子MC35i模块建立的通过移动通信网关的无线通信链路,以基于TCP/IP和UDP/IP协议的数据形式传输到监控中心计算机系统,监控中心即可以直观地监测抽油机运行状况,又可以远程控制起动、停机、节能运行与直接运行切换。为油田抽油机提出了节能监控整体解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外抽油机应用概况
• 1.2.1 抽油机的国际应用概况
• 1.2.2 抽油机的国内应用概况
• 1.3 常用的抽油机节能方式概述
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 抽油机电动机降压运行分析
• 2.1 游梁式抽油机工作原理分析
• 2.2 抽油机电动机经济运行
• 2.2.1 电动机调压节能
• 2.2.2 晶闸管调压计算
• 2.2.3 异步电动机无功补偿节能
• 2.4 本章小结
• 第3章 三相电参数采集方法及硬件电路设计.
• 3.1 三相电参数采集的原理
• 3.2 电参数采集模块硬件电路设计
• 3.2.1 直流电源电路
• 3.2.2 电流采样电路
• 3.2.3 电压采样电路
• 3.2.4 CS5463 与单片机接口电路
• 3.2.5 三相电参数采集模块的通信接口
• 3.3 电参数采集模块程序设计
• 3.3.1 电参数测量周期的执行
• 3.3.2 电参数采集模块应用程序设计
• 3.3.3 电参数采集模块数字校准程序设计
• 3.3.4 三相电参数采集模块应用
• 3.4 本章小结
• 第4章 节能监控终端主控逻辑及电路设计.
• 4.1 节能监控终端总体设计
• 4.2 节能控制系统主回路设计
• 4.2.1 主回路结构
• 4.2.2 晶闸管的阻容吸收及过流保护电路设计
• 4.3 电力电容器无功补偿的设计
• 4.3.1 本系统中无功功率的测量
• 4.3.2 电容器容量选择
• 4.3.3 电容器动态跟踪投切方式
• 4.3.4 限流电抗器的使用及谐波抑制
• 4.4 监控终端主控模块设计
• 4.4.1 中央处理单元
• 4.4.2 数模转换电路
• 4.4.3 过零点采集电路
• 4.4.4 空开脱扣保护电路
• 4.4.5 主控模块存储器扩展电路
• 4.4.6 主控模块其他电路
• 4.5 基于TC787DS 的晶闸管触发电路设计
• 4.5.1 晶闸管触发电路原理
• 4.5.2 晶闸管触发控制电路设计
• 4.6 相序检测电路设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统通讯功能扩展及电路设计
• 5.1 基于GPRS 的远程数据监控
• 5.1.1 GPRS 通用分组无线业务
• 5.1.2 基于GPRS 的抽油机远程监控系统
• 5.2 远程节能监控系统下位机接口设计
• 5.2.1 基于SP2539 的串口扩展电路
• 5.2.2 串口扩展软件设计
• 5.3 本章小结
• 结论
• 附录一 三相电参数采集模块电路板实物图.
• 附录二 主控模块电路板实物图
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢