嵌入式系統在抽油機無線監控中的運用探析

董云峰

（大慶師范學院 機電工程學院，黑龍江 大慶 163712）

對于油井生產而言，監控是十分重要的一項工作，經由對油井一系列參數進行實時掌握，有助于操作人員實現對油井當前工作狀況的有效掌控。就該部分參數而言，其包括有回壓、套壓、位移量等組成的電流電壓功圖、液面曲線等。而在實踐操作中，受該部分參數較為分散及交通條件有限影響，使得操作人員開展監控面臨不小的難度，并且還會很大程度上提升采油成本。伴隨近年來移動通信技術的迅猛發展，信息技術在諸多行業領域得到廣泛推廣，針對嵌入式系統而言，其一方面可提供可靠的信息數據傳輸及短信息服務，一方面無需投入大量的經濟成本。嵌入式系統的出現，為我國地處偏遠的抽油機無線監控工作創造了極大的便利。由此可見，對嵌入式系統在抽油機無線監控中的運用開展研究，有著十分重要的現實意義。

1 嵌入式系統概述

嵌入式系統是一種完全嵌入手控器件內，為相關應用而制作的特定計算機系統，可實現對諸如裝置、機器、工廠等各式各樣設備的控制或監視。廣義上而言，嵌入式系統指的是緊緊圍繞應用，將計算機技術作為前提，軟件、硬件可實現裁剪，適用于應用系統對可靠性、功能、功耗、成本等要求的特定計算機系統。一般情況下，嵌入式系統屬于一類控制程序存儲于ROM中的嵌入式處理器控制板。結合實際情況而言，各式各樣具有數字接口的設備，好比汽車、照相機、手表等，均運用了嵌入式系統，部分嵌入式系統還涵蓋了操作系統，不過大部分嵌入式系統均是由單個程序實現全面控制邏輯。嵌入式系統的重中之重是由一個或者若干個事先編程完畢用以執行相關任務的單片機或微處理器組成。有別于傳統計算機可運行用戶自主選擇的軟件，嵌入式系統上的軟件往往是暫時固定的，因而亦可稱之為“固件”。

2 嵌入式系統在抽油機無線監控中的運用

全面石油企業在當前社會發展形勢下，要緊緊跟隨社會前進步伐，不斷開展改革創新，強化對國內外成功發展經驗學習借鑒，切實推進嵌入式系統在抽油機無線監控中的科學合理運用，如何進一步促進抽油機的安全有序運行可以將下述內容作為切入點。

2.1 系統組成、設計

嵌入式系統在抽油機無線監控中的運用，可將抽油機無線監控系統劃分為三個模塊，分別為抽油機現場終端控制模塊、無線通信模塊以及監控中心數據處理模塊。具體而言：

（1）抽油機現場終端控制模塊。該模塊處在系統中下位機位置，核心微處理器定時對抽油機動力源電機一系列參數進行收集，包括電流、電壓、位移、載荷等，然后調節數字模擬信號轉換器將模擬信號轉換為數字信號，再借助GPRS無線通信技術將數據傳輸至上位機開展存儲顯示、處理，而上位機呈現的示功圖可為判斷抽油機有序抽油與否提供有效依據。

（2）監控中心數據處理模塊。該模塊主要用以接收下機位傳輸來的有關抽油機動力源電機的一系列參數，包括電流、電壓、位移、載荷等，通過分類并存儲于數據庫中，為操作人員開展抽油機運行狀況分析提供可靠依據，并且對監控中心還設計有完備的人機交互界面，基于VB語言開發平臺，操作人員經由人機交互界面可實現對抽油機一系列參數的實時查看，并且還可查看各個時段的示功圖。

（3）無線通信模塊。抽油機無線監控系統設計過程中，可借助GPRS數據通信技術開展遠距離的信息數據傳輸。作為一種基于GSM技術發展而來的無線傳輸技術，GPRS主要為GSM用戶提供了形式分組的數據技術。GPRS選取了與GSM相同的無線調制標準、相同的突發結構、相同的頻帶及相同的時分多址幀結構等。此類全新的分組數據信道與現階段電路交換話音業務通信存在一定相似度。所以，原本的基站子系統起初便可實現GPRS的全面覆蓋。在GPRS支持下，用戶可實現在端到端分組轉移條件下的信息數據傳輸、接收，而無需借助電路交換模式的網絡資源，進一步生成一種低成本且高效的無線分組數據業務。值得一提的是，其尤為適用于海量數據傳輸、實時性要求高的情況。GPRS實現了用戶與信息數據網絡相互間的有效連接，為用戶提供安全、高效的無線IP及X2.5服務。其借助分組交換技術，每一位用戶可不受時間限制地對不同無線信道進行占用，相同一個無線信道還可供由不同用戶共享，進一步達成信息數據共享的目的。GPRS具備下述3項優勢：①全天候在線，運用GPRS開展信息數據傳輸、接收過程中，用戶不需要為每次信息數據訪問獲取呼叫連接，可實現全天候在線；②高速傳輸，信息數據傳輸速率每秒鐘可達到160Kbps；③成本較低，依據信息數據傳輸、接收量僅需計費，針對信息數據量龐大的用戶，還可選取包月服務。

2.2 系統原理

本次抽油機無線監控系統中核心處理器運用了S3C2440，一方面實現了對下位機中動力源電機各項參數的收集、處理、呈現，另一方面還借助GPRS無線通信技術對信息數據開展傳輸、接收。本次系統主要優點特征在于操作便捷、可實現長時間的有序運行。結合實際要求還運用了檢測范圍在0～150KN之間的載荷傳感器，還選取了電流傳感器、電壓傳感器，將輸出相關信號經由微處理器轉化為可處理的數字信號，并通過液晶顯示器進行呈現。上位機監控中心選取微機開展數據存儲、處理、生成示功圖，操作人員經由人機交互界面可實現對不同時段示功圖的實時查看，也就是抽油機懸點荷載與位移轉變狀況密切相關，經由查看示功圖閉合曲線圖，可實現對抽油機有序運行與否進行評定。綜上，本次研究結合抽油機工作實際情況，設計出一個集信息數據收集、無線監控、信息數據存儲以及信息數據查詢等于一體的無線監控系統，可實時將信息數據傳輸至監控中心開展分析處理，實現對示功圖的呈現功能。經由對示功圖的查看、分析，可掌握抽油機懸點荷載隨位移轉變情況，進一步評定抽油機各項參數調節相符與否及抽油機運行狀況。

2.3 系統功能實現

本次系統有效實現了現場監控終端對抽油機設備一系列參數的收集、分析及液晶顯示器呈現，通過數字模擬信號轉換器轉換的數字信號經由GPRS無線通信技術傳輸至上位機監控中心，監控中心對該部分信息數據開展接收、存儲并可呈現抽油機在一個沖程內油桿上沖量隨位移轉變的示功圖，并且還可對抽油機引發的故障提出實時警示。通過現場監控終端還可獲取抽油機其他故障信息，并在一經檢測出相關故障信息后，并通過微控制器迅速調節繼電器開關停止抽油機運轉。如此一來，可極大水平縮減操作人員的工作負擔，促進抽油機的安全有序運行。

3 結語

總而言之，依托先進技術對油井、管線等開展集中監管，是現階段石油企業提高產量、縮減生產成本、提升工作效率的必經之路。鑒于此，石油企業相關人員務必要極大研究力度，提高對嵌入式系統內涵特征的有效認識，強化對嵌入式系統在抽油機無線監控中的科學合理運用，積極促進抽油機的安全有序運行。

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