抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),包括變頻器功能擴(kuò)展和通訊控制器(Function Extension and Communication Controller of The Inverter,F(xiàn)ECCI)模塊、抽油機(jī)變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測(cè)模塊、抽油機(jī)沖程檢測(cè)模塊、GPRS DTU通訊模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)模塊等。該抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu)具有通用性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、抗擾性好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),優(yōu)化了通訊控制結(jié)構(gòu),擴(kuò)展了變頻器的功能,實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)的直接、遠(yuǎn)程互補(bǔ)監(jiān)控,提高了油田的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),特別是涉及到抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,國(guó)內(nèi)油田廣泛采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)通常根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)定面板和外部端子對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。如想實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)功圖、沖程位置、油井壓力和液位等其他重要參數(shù)的監(jiān)測(cè),利用變頻器無(wú)法直接完成,往往需要配備額外的測(cè)量裝置,成本較高。而且普通變頻器僅有一個(gè)通訊接口,實(shí)現(xiàn)的功能單一;現(xiàn)場(chǎng)普遍采用變頻器通訊接口外接無(wú)線通訊設(shè)備的方法實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控,其存在諸多問(wèn)題。首先,無(wú)線通訊本身就具有不穩(wěn)定因素,一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題,加之沒(méi)有任何備用方案,監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)與抽油機(jī)失去聯(lián)系,降低了抽油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性。其次,大部分抽油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和快速性要求較高,通常需要將控制模塊與變頻器直接連接以實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)的快速控制。比如通過(guò)檢測(cè)抽油機(jī)的上、下沖程來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行,若采用無(wú)線通訊的方式,必然會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸延遲,無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤反饋回來(lái)的沖程信號(hào),從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)上、下沖程的快速精確檢測(cè),無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率;還有對(duì)于抽油機(jī)故障的檢測(cè),如果監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)不夠及時(shí),會(huì)導(dǎo)致抽油機(jī)故障無(wú)法快速排除,從而嚴(yán)重影響油田安全生產(chǎn)。此外,由于無(wú)線通訊設(shè)備已經(jīng)占用了變頻器的唯一通訊控制接口,使得其他檢測(cè)模塊無(wú)法對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行直接快速控制,從而導(dǎo)致變頻器功能受限,抽油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能單一。因此,能否克服變頻器功能單一的缺點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行功能擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同步監(jiān)控,并且實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)直接快速控制、遠(yuǎn)程控制之間的互補(bǔ)協(xié)調(diào),是抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)急需解決的重要問(wèn)題。為此本新型專利發(fā)明了抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),解決了上述問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu)。
[0004]為解決上述問(wèn)題,本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),包括面向變頻器功能擴(kuò)展和通訊控制的FECCI模塊、抽油機(jī)變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測(cè)模塊、抽油機(jī)沖程檢測(cè)模塊、GPRS DTU通訊模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)模塊。
[0005]作為優(yōu)選,抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),其特征在于,所述面向變頻器功能擴(kuò)展和通訊控制的FECCI模塊是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心模塊,包括MCU主控芯片、多個(gè)UART串口、485轉(zhuǎn)換電路、JTAG/SWD下載電路等。所述MCU主芯片采用STM32F103系列單片機(jī),具有運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)空間大、通訊功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);所述多個(gè)UART串口和485轉(zhuǎn)換電路用于連接抽油機(jī)變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測(cè)模塊、抽油機(jī)沖程檢測(cè)模塊和GPRS DTU通訊模塊等,用于協(xié)調(diào)各模塊之間的通訊控制,并能擴(kuò)展連接其他多個(gè)檢測(cè)模塊,主要用于擴(kuò)展變頻器的功能。
[0006]作為優(yōu)選,抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),其特征在于,所述抽油機(jī)變頻控制模塊用于配合其他模塊控制抽油機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、變頻等運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)檢測(cè)抽油機(jī)的運(yùn)行頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出功率、母線電壓等參數(shù),并能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定和讀取。
[0007]作為優(yōu)選,抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),其特征在于,所述Zigbee功圖檢測(cè)模塊安裝在抽油機(jī)懸繩器上,包括采集傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和Zigbee收發(fā)模塊,用于將加速度、載荷傳感器采集處理的位移、載荷、沖程和沖次數(shù)據(jù)封裝后,通過(guò)外接的Zigbee收發(fā)模塊傳輸?shù)紽ECCI模塊。
[0008]作為優(yōu)選,抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),其特征在于,所述抽油機(jī)沖程檢測(cè)模塊包括接近開(kāi)關(guān)和信號(hào)調(diào)理電路,接近開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)抽油機(jī)的上、下沖程位置,信號(hào)調(diào)理電路用于把接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)后輸出的高、低電平轉(zhuǎn)換為適合FECCI模塊輸入的信號(hào)。
[0009]作為優(yōu)選,抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),其特征在于,所述GPRS DTU通訊模塊包括X86架構(gòu)RDC處理器、RS485接口、32KB SDRAM&512KB Flash和高性能工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊,支持移動(dòng)和聯(lián)通網(wǎng)絡(luò),能保證全天在線,用于將FECCI模塊內(nèi)部緩存的數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)發(fā)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò),用于抽油機(jī)的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。
[0010]作為優(yōu)選,抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),其特征在于,所述遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)模塊包括服務(wù)器、客戶端和數(shù)據(jù)解析模塊,用于接收GPRS DTU通訊模塊傳送的數(shù)據(jù),解析成實(shí)際值并實(shí)時(shí)顯示;用于實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障聲光報(bào)警和功圖曲線繪制等功能。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
[0012]采用基于STM32F103系列單片機(jī)的變頻器功能擴(kuò)展和通訊控制器FECCI模塊,其作為核心模塊,把抽油機(jī)變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測(cè)模塊、抽油機(jī)沖程檢測(cè)模塊和GPRSDTU通訊等其他模塊連接起來(lái),擴(kuò)展了變頻器的功能,實(shí)現(xiàn)了各模塊數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。所述FECCI模塊能夠根據(jù)Zigbee傳入的功圖數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài);能夠根據(jù)接近開(kāi)關(guān)傳來(lái)的高低電平信號(hào),快速檢測(cè)抽油機(jī)的上、下沖程,直接改變抽油機(jī)上、下沖程運(yùn)行頻率,使得監(jiān)控及時(shí)迅速;同時(shí)能夠與GPRS DTU模塊進(jìn)行雙向通訊,實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。即使GPRS通訊模塊或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障,F(xiàn)ECCI模塊本身也可以作為備用,直接控制抽油機(jī)運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的直接、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)互補(bǔ)控制,使得監(jiān)控穩(wěn)定可靠。除此之夕卜,F(xiàn)ECCI模塊還能夠擴(kuò)展連接其他功能模塊,如油井壓力、液位檢測(cè)模塊等,從而實(shí)現(xiàn)多種工況參數(shù)的同步監(jiān)控。與傳統(tǒng)的抽油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相比,本實(shí)用新型抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu)克服了變頻器通訊功能單一的缺點(diǎn),擴(kuò)展了變頻器的功能;采用FECCI模塊解決了傳統(tǒng)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不可靠、不及時(shí)等潛在問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)的直接、遠(yuǎn)程互補(bǔ)控制,增強(qiáng)了抽油機(jī)監(jiān)控的可靠性;同時(shí)減少了 GPRS DTU通訊模塊的使用量,降低了成本;采用Zigbee、GPRS DTU無(wú)線通訊方式和遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)使得工作人員在監(jiān)控室就可以遠(yuǎn)程監(jiān)控抽油機(jī)的運(yùn)行狀況、設(shè)定參數(shù)、查看功圖數(shù)據(jù)、分析故障類型、制定維護(hù)計(jì)劃,節(jié)省了時(shí)間,提高了油田的生產(chǎn)效率和安全性。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]如圖1所示,圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),包括面向變頻器功能擴(kuò)展和通訊控制的FECCI模塊、抽油機(jī)變頻控制模塊(變頻器)>Zigbee功圖檢測(cè)模塊、抽油機(jī)沖程檢測(cè)模塊、GPRS DTU通訊模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)模塊。其中面向變頻器功能擴(kuò)展和通訊控制的FECCI模塊是系統(tǒng)的核心模塊,在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中具有主體地位和關(guān)鍵作用。抽油機(jī)變頻控制模塊的電壓輸出端子直接連接抽油機(jī),實(shí)時(shí)控制抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),檢測(cè)抽油機(jī)的運(yùn)行頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出功率和母線電壓等參數(shù);抽油機(jī)變頻控制模塊的通訊接口端子連接到FECCI模塊,能夠與其他多個(gè)控制、通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)的直接、遠(yuǎn)程互補(bǔ)控制。Zigbee功圖檢測(cè)模塊安裝在抽油機(jī)懸繩器上,實(shí)時(shí)采集抽油機(jī)的位移、載荷、沖程和沖次等信息,并通過(guò)外接的Zigbee發(fā)送模塊將上述信息遠(yuǎn)距離傳送到Zigbee接收模塊;Zigbee接收模塊連接到FECCI模塊上,利用其主控芯片STM32F103單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存,并通過(guò)GPRS DTU通訊模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)以繪制功圖;FECCI模塊便會(huì)根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)反饋的功圖診斷信息,自動(dòng)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的運(yùn)行頻率。抽油機(jī)沖程檢測(cè)模塊的接近開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)抽油機(jī)的上、下沖程位置,并把其檢測(cè)后輸出的高、低電平經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路送入FECCI模塊,F(xiàn)ECCI模塊便會(huì)根據(jù)上、下沖程信號(hào)直接控制抽油機(jī)的上、下行頻率。GPRSDTU通訊模塊也和FECCI模塊相連接,并將FECCI中緩存的各個(gè)模塊交互數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)。除此之外,F(xiàn)ECCI模塊還能夠進(jìn)一步擴(kuò)展連接其他功能模塊,如油井壓力、液位檢測(cè)模塊等,擴(kuò)展了變頻器的功能,實(shí)現(xiàn)了多種工況參數(shù)的同步監(jiān)控。最后,遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)的服務(wù)器和客戶端會(huì)通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)向GPRS DTU通訊模塊發(fā)送變頻器控制命令或者接收其返回的各抽油機(jī)工況信息,并將各工況信息傳輸?shù)娇蛻舳藢?shí)時(shí)顯示,從而實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、功圖曲線繪制和故障聲光報(bào)警等功能。
【權(quán)利要求】
1.抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),其特征在于,該抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu)包括面向變頻器功能擴(kuò)展和通訊控制的FECCI模塊、抽油機(jī)變頻控制模塊、Zigbee功圖檢測(cè)模塊、抽油機(jī)沖程檢測(cè)模塊、GPRSDTU通訊模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)變頻節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的一種功能擴(kuò)展和通訊控制結(jié)構(gòu),其特征在于,所述面向變頻器功能擴(kuò)展和通訊控制的FECCI模塊包括MCU主控芯片、多個(gè)UART串口、485轉(zhuǎn)換電路、JTAG/SWD下載電路,用于通訊控制和變頻器功能擴(kuò)展。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK204166336SQ201420674297
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】鄭長(zhǎng)明, 張加勝, 朱辰星, 陳榮, 劉偉, 胡永恒 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)