一种石油远程测控系统的研究.pdf

2 0 1 2年 5月 第 4 O卷 第 l 0期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS Ma v 2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 4 0 一 种石油远程测控系统的研究 刘念 ，杨劲松 西北油田分公司塔河采油三厂，新疆乌鲁木 齐 8 3 0 0 0 0 摘要为低成本实现石油流量的远程测控，借助虚拟仪器技术 、计算机技术、通信技术等，设计了以虚拟仪器为核心 的远程石油流量测控系统方案。该系统中，通过 A t 9 0 c a n 1 2 8单片机进行数据采集，通过 c a n总线进行数据传输，利用 P c 机和 I a b Wi n d o w s ／ C V I 软件进行数据处理和分析，同时向执行机构发送指令，使其作出相应的动作。该测控系统结构简单， 操作方便，准确性、可靠性高 ，具有很高的实用价值，将为石油工业安全生产提供有力保障。 关键词流量测量 ；远程测控；虚拟仪器 中图分类号 T P 2 7 35 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 01 2 6 4 Re s e a r c h o f Re mo t e M o n i t o r i n g Co n t r o l l i n g S y s t e m f o r P e t r o l e u m L I U N i a n，YANG J i n s o n g T h e T a h e N o ． 3 O i l P r o d u c t i o n F a c t o r y o f N o a h w e s t O i l fi e l d B r a n c h C o m p a n y ， U r u m q i X i n j i a n g 8 3 0 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e d u c e c o s t ，a t y p e o f r e mo t e mo n i t o r i n g＆ c o n t r o l l i n g s y s t e m f o r p e t r o l e u m f l o w w a s d e v e l o p e d b a s e d o n t e c h n o l o g i e s o f v i r t ua l i ns t r ume n t ，c o mp ut e r a n d c o mmun i c a t i o n e t c． I n t h e s y s t e m， At 9 0CAN1 2 8 MCU wa s u s e d t o c o l l e c t d a t a，t h e C AN b u s w a s u s e d t o t r a n s mi t d a t a a n d P C L a b W i n d o w s ／ C V1 w e r e u s e d t o f u l f i l l t h e d a t a a n a l y s i s＆ p r o c e s s i n g ． At t h e s a me t i me ． t h e i n s t r u c t i o n w a s s e n t t o t h e a c t u a t i n g d e v i c e ． T h e s y s t e m i s s i mp l e ， s a f e a n d r e l i a b l e ． I t h a s v e r y h i g h p r a c t i c a l v a l u e ， w h i c h p r o r i d e s f o r c e f u l g u a r a n t e e f o r o i l i n d u s t r y s a f e t y ． Ke ywo r dsFl o w me a s ur e me nt ；Re mo t e mo n i t o r＆ e o n t r o l ； Vi rtua l i ns t r ume n t 石油行业离不开流量测量 ，而我国油井 产液量 的 数据采集 自动化 程度不 高 ，工人劳动强度大 ，且数据 的可靠性较低 ，在油品的开采 、加工 、贸易过程中将 产生 巨大 的经济损失 。塔河油 田油井 分散 ，各井相距 远，且部分油井都是集中掺稀进站，随着生产条件的 变化需要及时调节各油井 的掺稀量 。 目前都需要巡井 人员 到井场调节 ，而且现场看不 到掺稀量 ，还需要边 调节边询问计转站的人员确认掺稀量是否达到要求， 这样 大大增加 了巡井人员 的工作量 ，影 响了油井数据 的及时上报。除此之外 ，现场油井所使用的远程监控 系统都 只能监测而不能控制 ，而且应用成本高 ，不适 合油井的经济 生产管理 。因此研制远程石油流量测控 系统 ，对油井 实现科学 人性 自动化管理 、提高生产效 率以及加强现场应急事故处理能力等具有重要意义。 1 系统分析 远程石 油流量测控 系统要能满足塔河油 田的现场 需求，其系统应具有如下功能 1 数据 采集 与显 示功能 。主要 是对 生产 过程 中的流量信号进行检测 、采样和处理 ，并 以可视化的 形式输 出 ，即现场实时数字显示 和在 P C机上实 时显 示流体 的流量波形 、瞬时流量及 累积流量等 ，为生产 人员 提供详实 的数据 ，帮助他们 进行分 析 ，了解生产 情 况。 2 传感器参 数记 录和 回放 功能 。计 算 机软 件 把下位机传来的各种参数 自动存储在硬盘上，工作人 员可以选择任何一种参数进行记录和回放；同时还可 将所得 的数据 自动生成报表 以 E x c e l 形式 输 出，大大 减少做报 表的时间 ，提高工作效率。 3 超限报警。当检测到某一传感器的参数超 限时 如压力异常、H ， s浓度超标等 ，单片机采集 器及时控 制蜂 鸣器发 出声音报警 ，计算 机同时给出声 音 和画面 的报警 。 4 传感 器在 线标定 。在无需 拆 装设 备 的条件 下 ，通过计算机执行相应的指令进行标定 ，使传感器 适 用于各种介质 的流量测量 ，提高系统的测量精度 。 5 数据的远程传输。将各个下位机采集器采 集到的流量参数及时传输到控制中心。 6 设备的控制功能。当需要对某一设备器件 进行相应的控制时，采集器能够接受控制指令 ，并执 行该指令 ，以达 到远程控制 目的。 分析该系统 ，采用单 片机进行数据采集，采用 C A N总线将数 据传 输给 P C机 ，在 P C机 上采 用 L a b Wi Mo w s ／ C V l 软件进 行数 据处理 与分析 ，实现在线 实 时测控 。 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 2 9 作者简介 刘念 1 9 8 7 一 ，男 ，本科 ，助理工程 师。Em a i l l i u n i a n 8 7 1 1 1 2 1 6 3 ． c o n。 第 1 0期 刘念 等一种石油远程测控系统的研究 1 2 7 2系统硬件设计 2 ． 1 系统 组成 系 统 结 构 图 如 图 1所 示 ，其 中 单 片 机 以 A t g 0 c a n 1 2 8为主控 芯 片 。该 系统 主 要 由数 据 测 量模 块、数据采集模块 、数据通信模块 、显示模块 、执行 部件等组成。 1 数据测量模块。由多路传感器构成 ，包括 流量传感器、温度传感器、压力传感器、气味传感器 等 。 2 数据采集模块。由单 片机 、A ／ D转 换器、 信号放大电路等组成。 3 数据通信模块。利用计算机的 2 3 2总线通 信接口与单片机建立通信。 4 显示模块 。现场数据显示和远程计算机数 据显示 。 5 执行部件 。控 制 继 电器 的启 闭 ，实现 相 应 阀 的开关 。 图 l 系统结构图 2 ． 2 系统 工作原 理 远程石油流量测控 系统主要 由测量装置 和远程控 制 装置两大部分 组成 。由于流量传感器输 出的是 与流 量成一定 比例 的方 波脉 冲信 号 ，因此 只要测 出其频 率，并确定该频率与流量之间的关系，就能得出其流 量值 。 首先由测量装置流量传感器将石油流量转化 为方波脉冲信号输出，由单片机检测流量信号的频 率 ，并送 人串 口缓 存 ；控 制装 置 c机则 定 时读 取接口缓存中的数据，信号通过 C A N总线通信方式 传输，并利用 L a b wi n d o w s ／ c V I 虚拟仪器软件分析处 理信号，显示流量的实时监测曲线 、瞬时流量 、累积 流量，并保存数据。同时还可以实时标定传感器的流 量系数 ，以增强系统的适应性 ，测量科 学 、准确 、方 便。如此机接入了网络，也可实现与其他计算机的联 网 ，实现数据共享 。 2 ． 3主要 接 口设计 在串行通信 中，只有通信双方采用相同的接 口标 准才能进行正常的通信。该系统有多种接口电平，如 上位 P C机的串行通信口的 R S 2 3 2电平、下位单片机 的 1 T r L逻辑 电平 ，加上 系统采用 C A N串行总线 方式 传输，接口信号电平不匹配 ，因此需要进行 R S 2 3 2 ／ C A N接 口的 电平转换 。 C A N总线远程连接示意 图如 图 2 所示 。 A 总线 传输 上位 机 ■ T - r 一 l l 垦 CAN／ R 2 3 2 接 口适配 器 l l 曼 CAN／ R 2 3 2 接 口适配 器 下位机 I J 下位机 图 2 C A N总线远程连接示意图 现场 显示流 量数 据 ，方便 一线 员 工安 全 高效 生 产。系统设计为 L C D液晶显示 ，其仿真显示电路如 图 3所示 。 LCD l T M 0 l 6 T 图 3现场 显不 电路 报警采用声光报警方式。蜂鸣器与单片机引脚直 接相连，单片机引脚输出4 0 0 H z 频率方波 ，驱动蜂鸣 器发声 ，实现报警器报警。报警器电路设计如图4所 刁 。 n 3 PD4 PD 5 图4报警 器电路图 3系统软件设计 硬件 是 支 撑 ，软 件 是 灵 魂 。基 于 L a b Wi n d w o s ／ C V I 虚拟仪器软件来实现仪器的测试功能，避免了使 用其他硬件，使系统结构简单 、可靠性增强 ，开发的 界面友好、操作简单。文中需要分别对 P c机和单片 机采用 C语言编程。 3 ． 1上位 机编 程 上位机软件是系统 软件设计 的重 点和难 点。采用 L a b Wi n d o w s ／ C V I 作 为上位 机 测控 软件 开发 平 台 ，设 计操作界面，实现测控功能。主要功能包括 串口控 制、数据采集与处理、数据存储、波形显示 、数据分 析、传感器标定等。 3 ． 1 ． 1 人机交互界面设计 设计 人机交互界面的 目的主要是为了方 便用户使 用该系统。该系统的人机交互界面主要包括 3个部 分登陆界面、主操作界面、传感器标定界面，如图 第 1 0期 刘念 等一种石油远程测控系统的研究 1 2 9 图 1 O 频率测 量程 序 流程图 图 1 1 通信程序 流程 图 4 结束语 该系统将虚拟仪器技术 、计算机接 口技术、通信 技术等有机地结合起来，具有数据采集、数据传输 、 分析处理 能力 ，彻底 解 决 了控制 与 现场 不及 时 的 问 题 ，能很好地实现远程监测与控制。该系统扩展功能 强大，根据应用需求升级上位机和下位机的软件就可 实现，而且开发成本和应用成本相对较低，具有很好 的应用前景 。 参考文献 【 1 】 刘君华． 虚拟仪器编程语言 L a b Wi n d o w s ／ C V I 教程[ M] 。 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 2 】 宋宇峰． L a b W i n d o w s ／ C V I 逐步深入与开发实例 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 3 】 熊诗波， 黄长艺． 机械工程测试技术[ M] ． 3 版． 北京 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 4 】 高玉良 电路与模拟电子技术[ M] ． 北京 高教出版社， 20 0 4． 【 5 】佘新平． 数字电子技术 [ M] ． 武汉 华中科技大学出版 社 ， 2 0 0 7 ． 【 6 】谭浩强． C程序设计[ M] ． 3版． 北京 清华大学出版社， 2o o5． 【 7 】汪观宝． 基于 L a b V I E W 的远程测控系统的研究[ D ] ． 武 汉 武 汉理工 大学 ， 2 0 0 7 ． 【 8 】周元华， 马卫国． 多通道压力数据采集与分析系统设计 【 J ] ． 机床与液压， 2 0 1 1 ， 3 9 2 1 1 61 1 7 ． 【 9 】王淑芳， 杜飞明． 基于虚拟仪器的多通道数据采集与处 理系统设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 8 3 0 63 0 8 ． 【 1 0 】 杜彦炜． 基于 L a b Wi n d o w s ／ C V I 的喷气织机引纬气流测 试系统[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 6 1 8 6 26 4 ． 【 1 1 】孙未， 周李良， 刘念聪． 网络化设备故障诊断系统及其 关键技术研究 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 3 1 8 5 1 8 7． 【 1 2 】 李雨婷． 流量计量的意义[ J ] ． 企业标准化， 2 0 0 8 1 3 7． 【 1 3 】蔡武昌． 新型流量检测仪表[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 6 ． 【 1 4 】戴焯． 传感与检测技术[ M] ． 武汉 武汉理工大学出版 社 ， 2 0 0 3 ． 【 1 5 】H a r r o l d D a v e ． T u r b i n e F l o w m e t e r s S i m p l e E l e g a n c e [ J ] ． P r o c e s s ＆ C o n t r o l E n g i n e e r i n g P A C E ， 2 0 0 4 ， 5 7 1 2】一22 上接 第 1 2 5页 构造出各种精美画面 ，能显示附件电压 、电流、进出 口压力 、压差和实测流量 ；系统调试界面 主要模拟 了 控制柜 的控制 面板按 钮 、开关 、数 显仪表 ，可完 全替 代实物进行操纵；打印界面是对应于各测试附件在完 成性能测试后 ，将采集到的实际测试结果 以及测试结 论以表格形式储存，并由打印机打出，可作为附件的 测试记录；系统监控界面包括测试系统结构 、参数设 置和报警界 面 ，通过监控 画面 ，操作人员 可以及 时了 解 系统 当前工作状态 、出现的故障及其产生原因 ，根 据需要 对 比当前情况 ，并进行适当调整 。 3 结束语 该综合测试系统 已投入使用一年多，结果表明 将 P L C、气动比例调节阀和触摸屏技术融合在一起， 实现了机、电、气先进传动、控制和测试的一体化； 采用 P L C控制的气动附件综合测试系统既能产生连 续可调的压力 ，又能保证输出压力和流量的稳定 ，具 有 良好的控制性能及实用性 ，提高了测试的自动化程 度 ，简化了工作程序，提高了工作效率，改善了系 统的可靠性 ；以触摸屏作为人机交互信息界面，试 验数据 的实 时显 示 明确 ，测 试结 果 直观 ，使 测试 过 程具有可观性 ；该测试系统不仅结构合理、功能齐 全、综合性强 、设计精巧简捷和安全可靠，而且还 具有控 制灵活 、操作方 便等 优点 ，完 全达 到 了设 计 要求 ，能完成对各新型飞机气动系统气动附件的性 能检测 工作 。 参考文献 【 1 】成大先． 机械设计手册[ M] ． 北京 化学工业出版社， 1 99 3． 【 2 】 某型飞机附件修理技术标准[ M] ． 北京 空军装备技术 部 ， 1 9 9 7 ． 【 3 】 雷天觉． 新编液压工程手册[ M ] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． 【 4 】王孝华． 赵中林． 气动元件及系统的使用与维修[ M] ． 北 京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． 【 5 1 姜秀汉． 可编程序控制器原理及应用[ M ] ． 西安 西安电 子科 技大学出版社 ， 2 0 0 1 ．