基于GSM網油田監控系統的檢測模塊設計

黑龍江 于慶 牛傳德 夏秀立

引言

GSM全稱為“全球移動通信系統”是第二代數字移動通信系統。GSM數字移動通信系統是由歐洲主要電信運營者和制造廠家組成的標準化委員會設計出來的，它是在蜂窩系統的基礎上發展而成。1990年完成了GSM900的技術規范，1991年制定了DCS1800的標準，兩者具有同樣的基本功能特性，絕大部分二者是通用的，兩個系統均可統稱為GSM系統。目前，廣東移動主要采用以GSM900網絡為依托，DCS1800網絡為補充的組網方式，構成GSM900/DCS1800雙頻網，雙頻網管理的兩個主要方面是擁塞緩解功能和話務平衡功能。

1 游梁式抽油機

抽油機的種類很多，各種相關技術發明有數百種。在眾多的分類方式中，按照采油方式來分是最常用的分類方法，按照這種分類方式把抽油機分為兩類，即有桿類采油設備和無桿類采油設備。有桿類采油設備又可分為抽油桿往復運動類和旋轉運動類，國內外大量使用的游梁式抽油機就屬于往復運動類抽油設備；無桿類采油設備又可分為電動液壓驅動類、潛油離心泵和氣舉采油設備。

目前，游梁式豎井抽油機采油系統在油田中應用最為廣泛，如圖1所示。

從圖中可以看出，該裝置由三部分組成，即井上部分——游梁式抽油機，它由電動機、減速器、曲柄、連桿和游梁等組成；井下部分——抽油泵，它包括游動閥、柱塞、泵筒和固定閥等，抽油泵懸掛在套管中油管的下端，可分為管式泵和桿式泵兩種；聯接井上部分和井下部分的中間部分——抽油桿柱，它由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。

2 檢測模塊設計

抽油機測量系統是整個設計的關鍵部分，它關系到檢測數據的準確與否，因而，相關芯片的選取、性價比、可靠性等方面都是設計的考慮重點，結合本設計的實際需要，抽油機測量系統總體方案框圖如圖1所示。

設計中所需要測量的電參量(電壓、電流、功率因數)、溫度、壓力等相關參數通過電參量芯片的直接讀取，從而減少使用傳感器的數量，減輕設備的重量，在經過轉換后送入單片機內，經過其接受信號的判斷來判知下一步的操作是如何，同時，為了保證各個元件、設備的正常工作需要又電能的提供者，這些都是由外部電源來供給，同時，為了避免由于某些原因造成了電源不能及時補給，因此，在電源設計還輔助有蓄電池，以備不時之需。

圖1 游梁式抽油機—抽油泵裝置簡圖

2.1 單片機的選擇

宏晶科技生產的STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換(250K/S，即25萬次/秒)，對電機控制，強干擾場合。

STC12C5A60S2單片機中包含中央處理器、程序存儲器、數據存儲器、定時/計數器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉換、SPI接口、PCA、看門狗及片內R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。STC12C5A60S2系列單片機幾乎包含了數據采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統。

圖2 抽油機測量系統總體方案框圖

2.2 電壓/流瞬時值采樣電路

抽油機工作時電動機的電流很大，無法直接被單片機采集和處理，所以必須經過電流互感器按照一定的比例把大電流變為小電流，然后把電流信號轉換為電壓信號，再經過電路的處理，轉換為單片機能夠直接處理的標準電壓信號。電容的選取主要是從濾波的角度出發，通過選取適當容量的電容可以很好地濾走一部分干擾波，二極管的使用主要是利用其單向導電特性來考慮，這樣可以使得其他信號的電壓值直接被屏蔽。

2.3 電壓/流過零檢測電路

從電壓/流瞬時值檢測電路檢測出來的二組電壓參量及三組電流參量分別進入電壓/流過零檢測電路。所謂過零檢測是指當交流系統中，當波形從正半周向負半周轉換時，經過零位時系統作出的檢測。待信號經過運算放大器的處理之后分別送入或門74HC32芯片，最終在與門74HC11芯片處理后作為進入MCU單元的中斷引腳中。

3 結束語

通過對油田抽油機的監控可以更直接地對其加以控制，尤其是在檢測模塊中對主要參數的及時檢測關系到采油的效率等因素，因此，本設計在某種程度上大大解決了油井目前所存在的不足。

[1]候銅瑞，李維平.石油科技進展[M].石油工業出版社，2007:1166-1168.

[2]劉勝利.數字油田及其關鍵技術研究[J].大慶油田有限責任公司.2008：59-70.

[3]鄔春學，李宏魁.油田開發與計算機測控系統應用[M].北京:北京石油工業出版社，2008:112-135.

[4]楊立革.薩北油田抽油機井井底壓力計算與續流校正方法研究[D].吉林大學,2006:23-35.

[5]呂捷.GPRS技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2001:68-79.