基于GSM短信的抽油機自動檢測及報警系統(tǒng)的設計

馬玉瓊

(滄州師范學院 計算機系,河北 滄州 061001)

目前油田原油開采的主要設備是抽油機,在機械采油設備中占 60%以上。抽油機井一般位于曠野,周圍環(huán)境條件惡劣,無專人值班看護,并且由于數(shù)量眾多,只能通過工作人員進行定期或不定期的巡查。期間對抽油機出現(xiàn)的各種故障和問題,不能及時處理和解決,給石油生產(chǎn)和設備造成了一些不必要的損失和危害,為此加強抽油機故障檢測并能實時準確報警的控制系統(tǒng),對抽油機來說非常必要。

1 系統(tǒng)工作原理

油井負荷是動態(tài)變化的[1],下沖程(即油桿下降)中,電動機則處于輕載或空載狀態(tài),電流較低。而吸油時(即油桿上升),電動機處于重負載運行狀態(tài),電流較高。對于同一口井來說,在不同的井況下,如油位、油氣含量、油的粘度發(fā)生變化時,雖然同一口井,同一油桿上升或下降,但電動機的工作情況隨著井況的變化而變[2]。所以應該隨時監(jiān)控電動機的運行情況,防止電動機長期空抽及砂卡結蠟時電動機堵轉。根據(jù)電動機實際運行中的電流變化并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理后,確定電動機的工作狀態(tài)是正常還是異常。另外,如果出現(xiàn)漏電、接地或短路等故障情況時,也應及時進行報警維護,防止事故范圍進一步擴大。

基于上述情況,在抽油機電動機主回路里通過電流互感器檢測電動機電流的變化情況,經(jīng)過整流電路和模數(shù)變換送入單片機中,進行數(shù)據(jù)分析,得到電動機的工作狀況,一方面檢測的數(shù)據(jù)到的數(shù)據(jù)可以就地顯示和記錄,另一方面為了使巡視人員能及時了解抽油機工作情況,可以通過短信方式將重要的數(shù)據(jù)和信息發(fā)送到巡視人員的手機上。這樣抽油機的工作狀況可以隨時被監(jiān)測[3]。

2 系統(tǒng)短信收發(fā)模塊

系統(tǒng)中,單片機 AT89C52串口通過 MAX232接口芯片完成電平轉換后和TC35I模塊相連接,單片機完成對TC35I的初始化和短消息的收發(fā)功能。同時,單片機系統(tǒng)通過接收檢測轉換后的電流信號進行數(shù)據(jù)分析處理判斷后,一方面可以進行顯示,另一方面可以以短信形式進行數(shù)據(jù)發(fā)送,如果達到報警點,則直接進行短信報警并進行相應的數(shù)據(jù)記錄處理,為以后查詢做準備。

設計中無線通信GSM模塊采用的是西門子TC35系列的TC35I。這種無線模塊功能與 TC35兼容,設計緊湊,大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35I與GSM2/2兼容、雙頻(GSM900/GSM1800)、RS232數(shù)據(jù)接口,該模塊及射頻電路和基帶與一體,向用戶提供標準的 AT命令接口,為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸,方便用戶的應用開發(fā)及設計[4]。

TC35I模塊的數(shù)據(jù)接口是CMOS電平(高電平2.65V),因此單片機對 TC35I模塊的控制和通信信號要進行電平轉換。電路在設計時只需設計一個T TL轉RS232電平電路,連接到MCU的UART口,另一端直接連接到 TC35I模塊上即可。電平轉換模塊通過 MAX232實現(xiàn)。

3 單片機對 TC35I的控制

TC35I模塊主要由 GSM基于處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成。GSM引擎模塊提供的命令符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的AT Command接口,提供了一種移動平臺與數(shù)據(jù)終端設備之間的通用接口;GSM07.05對短消息作了詳細的規(guī)定。在短消息模塊收到網(wǎng)絡發(fā)來的短消息時,能夠通過串口發(fā)送指示信息,數(shù)據(jù)終端設備可向 GSM模塊發(fā)送各種命令。

TC35I模塊采用AT指令集。單片機可以通過正確的AT指令對TC35I模塊進行初始化和短消息的接收發(fā)送。對短消息的控制共有三種模式:Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要手機生產(chǎn)廠家提供驅動支持。目前,PDU模式已取代Block模式,而Text模式不支持中文,因此使用PDU模式進行短消息的接收和發(fā)送。單片機通過以下系列 AT指令對短消息進行控制。

首先設置 TC35I模塊的工作模式:AT+CMGF=n,n=0為PDU模式;n=1為文本模式;通常設置為PDU模式,在這種模式下,能傳送或接受透明數(shù)據(jù)(用戶自定義數(shù)據(jù))。 AT+CM GR=n為讀 TC35I模塊短消息數(shù)據(jù),n為短消息號。 AT+CMGL=n為列出 TC35I模塊內(nèi)的短消息,n=0是未讀的短消息,n=1位已讀的短消息,n=2位未發(fā)送的短消息,n=3為已發(fā)的短消息,n=4為所有短消息。 AT+CMGD=n為刪除TC35I模塊的短消息,n為短消息編號。

AT指令的指令符號、常數(shù)、PDU數(shù)據(jù)等都是以 ASCII編碼形式傳送;傳送透明數(shù)據(jù)須把 TC35I模塊工作模式設置為PDU模式;單片機向 TC35I模塊發(fā)送每一條指令后,以回車符作為該條指令的結束。當TC35I模塊接收到一條完整的 AT指令后,TC35I模塊并不立即執(zhí)行該條指令,而是先把剛接收到的 AT指令的ASCII編碼序列全部反發(fā)送出來;其次發(fā)送一個回車符和一個換行符的 ASCII編碼,然后執(zhí)行該指令。

4 結論

系統(tǒng)采用 TC35I把抽油機的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過短信的形式傳送,實現(xiàn)簡單,具有通信成本低,系統(tǒng)功能多,保密性、抗干擾能力好等特點,最重要的是能把抽油機的工作狀態(tài)和故障狀態(tài)及時傳送出去,使抽油機的運行具有更高的安全可靠性。

[1]喬森.間歇采油的智能控制系統(tǒng) [J].油氣田地面工程,2009(4):49.

[2]彭國標,安秋悅.淺談抽油機節(jié)能及智能控制器的設計 [J].自動化儀表,2004(9):7-9.

[3]王兵,曹中.抽油機井實時監(jiān)控系統(tǒng) [J].油氣田地面工程,2004(11):15-16.

[4]劉濤.基于手機模塊 TC35的單片機短消息收發(fā)系統(tǒng) [J].電子技術,2003(3):36-37.