基于物联网的抽油机智能测控终端的制作方法

本发明涉及一种油田抽油机的现场工作参数自动采集、实时数据无线远程传送、智能、远程控制与管理的测控终端，尤其是涉及一种基于物联网的抽油机智能测控终端。

背景技术：

目前，大多数油田的油井分散、环境复杂，设备故障以及人为因素造成的停井现象不能及时发现和处理，严重影响原油产量；人工巡井效率低、消耗大，抽油机设备利用率低。抽油机作为油田主要的耗能大户，是油田安全生产和节能减排的管理重点，设备投资费用大、运营成本高、安全生产作业保障困难重重的问题是目前亟待解决的重要课题。

物联网的发展给油田油气生产带来了便利，物联网技术与智慧化产品的融合使得基于物联网的抽油机智能测控终端的研发成为可能。根据走访调研，鉴于目前油田抽油机的监控管理的上述普遍情况,研发设计基于物联网的抽油智能测控终端具有十分现实的意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于物联网的抽油机智能测控终端，是针对适应高温高寒高风沙的自然条件、替代人工巡井、实时测控、人工智能、无人值守的目标，提出的一种抽油机测控终端。这种装置采用基于物联网的LORA无线通讯方式。装置接受来自于抽油机现场的多种传感器信号，通过STM32F103单片机处理数据，对抽油机的工作做出反应，同时实时在线将数据发送到LORA无线网络，并可以根据中央控制室主站发出的命令，采取响应的动作。

一种基于物联网的抽油机智能测控终端，包括一个STM32F103的嵌入式单片机，所述单片机连接有LORA通讯模块、数据存储器、开关量接口电路，所述开关量接口电路连接一个DI端口以及三个DO端口；所述单片机还连接有一个AI端口，用于抽油机油管压力检测模拟量4-20mA输入；以及一个RDT端口，用于抽油机现场温度检测输入。

所述单片机连接有时钟单元，提供嵌入式单片机工作时钟和系统时间实时时钟。

所述单片机连接有人机界面，用于本终端的人机对话。

所述单片机连接有CAN端口，提供CAN总线连接。

所述DI端口作为无源接点开关量输入，用于抽油机运行与停止状态反馈接点接入；

三个DO端口包括DO1、DO2、DO3，其中，

DO1作为继电器干接点脉冲输出，用于上电启动或中央控制室控制运行抽油机；

DO2作为继电器干接点脉冲输出，用于抽油机停止控制；

DO3作为继电器干接点输出，用于抽油机现场语音告警。

进一步的，还包括数个运算放大器，用于放大来自现场传感器的测量数据。

所述单片机连接有一套电参量端口，用于检测抽油机的电压、电流、有功、无功、功率因数、用电量、相序、过负荷、缺相、零序电流、能效分析。

其中，所述DO3端口连接有语音报警装置，所述语音报警装置设置有报警时间调整装置。

所述STM32F103单片机与LORA通讯模块采用标准RS232通讯接口协议；STM32F103单片机与CAN通讯接口支持标准MODBUS-RTU通讯协议。

本发明的特点与功能：

1） 采用高可靠性的嵌入式芯片，集采集、运算、存储、控制、显示、通讯于一体，结构紧凑，性价比高。

2） 独创的脉冲开关控制模式，功率小、可靠性高、故障率极低。

3） 独创的间歇可自定义工作模式，极大地节约了能源，提高了出油率。

4） 采用新型的LORA通讯模式，干扰小，可靠性高，经济性高。

5） 特殊的软硬件优化设计方式，克服了高温、高寒、高风沙对智能终端可靠性的影响。

6） 来电自动启抽DO1。延时时间可设定，默认为30秒。

说明：来电后，来电延时30秒，时间到后，控制输出继电器抽油机启动。

7） 抽油机状态监测、远传。

8） 语音报警功能（例如：抽油机马上启动，请注意安全），时间可以设定。（只输出语音信号，便于用户外接扬声器）

温度监测：可接入检测一路温度RTD信号，温度报警值可设定，超过设定值时，停机。

10）压力监测：可接入检测一路压力信号。

11）按键：功能按键设置带权限，防止任意人员修改技术参数。

附图说明

图1是所述基于物联网的抽油机智能测控终端的结构示意图；

图2是所述STM32F103单片机的处理流程图。

具体实施方式

本发明是一种为抽油机配套的远程测控装置，属于油田设备“三化”管理领域。

如图1所示的框图，本发明包括STM32F103单片机、LORA无线模块、数据存储器、时钟单元、DI端口、DO端口、AI端口、RDT温度端口、CAN通讯端口、电参量端口、人机界面接口。各部分描述如下：

一个STM32F103的嵌入式单片机，负责分析处理所有的采集数据和中央控制室发送的控制命令，并根据情况做出相应的判断、处理；

一个LORA无线模块，用于在线在线发送数据和接受控制命令；

一个数据存储器，用于保存测量数据；

数个运算放大器，用于放大来自现场传感器的测量数据；

一套时钟单元，提供嵌入式单片机工作时钟和系统时间实时时钟；

一个DI端口，DI1：无源接点开关量输入，抽油机运行与停止状态反馈接点接入；

三个DO端口，

DO1：继电器干接点脉冲输出，上电启动或中央控制室控制运行抽油机；

DO2：继电器干接点脉冲输出，抽油机停止控制；

DO3：继电器干接点输出，抽油机现场语音告警；

一个AI端口，用于抽油机油管压力检测模拟量4-20mA输入；

一个RDT端口，用于抽油机现场温度检测输入，可接3线PT100热电阻；

一个CAN端口，提供CAN总线连接；

一套电参量端口，用于检测抽油机的电压、电流、有功、无功、功率因数、用电量、相序、过负荷、缺相、零序电流,能效分析等。

一个人机界面，用于本终端的人机对话。

本发明提出的抽油机智能测控终端对数据采集、处理、控制的方法，包括：

数据采集以STM32F103单片机为核心，依次采集多种抽油机数据，自动与可编程内设参数比较、智能处理、判断，并根据判断结果执行进一步操作。

本发明提出的抽油机智能测控终端的数据传输采用无线网络LORA通讯传输数据；也可通过串行CAN端口MODBUS-RTU协议传输。

本发明提出的抽油机智能测控终端的远程控制技术可以根据中央控制室主站的控制指令，对抽油机完成启动和停止控制。

本发明提出的抽油机智能测控终端的现场语音告警和自动报警停止和重启采用一种先进、实用的设计方法。

本发明利用温度、压力等传感器，对抽油机现场数据实时采集并进行判断和高速处理，通过LORA无线方式逐级传送到中央控制室主站系统；采用独创的脉冲开关模式和间歇抽油工作方式，也可由主站系统进行抽油机运行与停止的控制；启动运行时具有现场语音告警和启动倒计时功能；当温度超限报警或超限报警解除时能够自动停止和运行抽油机，从而能够实现抽油机远程测控管理。

图2为STM32F103单片机的处理流程图，在抽油机智能测控终端中STM32F103单片机是本发明的核心技术。

步骤a，根据中央控制室主主发送的指令，判断其合法性，若成功接受数据，即执行远程测控，否则执行本地测控；并等待数据返回。

步骤b，依次读取抽油机现场的所有参数：DI端口、DO端口、AI端口、RDT端口、电参量端口。

步骤c，STM32F103单片机根据系统初始化数据以及端口数据，自动判断系统是否报警，包括接点自诊断、油管温度超限、油管压力超限等。

步骤d，报警解除前一时刻的报警状态保存在历史数据存储器中，当报警解除后可保存其标志位状态。

步骤e，根据本装置内部参数设置，报警解除后会有一定的延时间隔检测，避免抽油机频繁启动。

步骤f，在前一刻未报警或报警解除延迟时间到达后，抽油机DO1将运行输出，此时，抽油机停止DO2和故障报警DO3要求关联输出。