基于嵌入式處理器STM32的抽油機(jī)井實時監(jiān)控系統(tǒng)

田秀海

摘 要：抽油機(jī)井在實際的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一系列的突發(fā)狀況，為了對這些狀況加以全方位應(yīng)對，需要采取一系列的實時監(jiān)控性措施來對抽油機(jī)井進(jìn)行監(jiān)察和控制，而這些監(jiān)控設(shè)施并不能獨(dú)立出現(xiàn)，應(yīng)將其統(tǒng)一規(guī)劃到一個監(jiān)控系統(tǒng)之內(nèi)，然后通過系統(tǒng)內(nèi)部各程序的協(xié)同作用來使嵌入式處理器STM32抽油機(jī)井能夠順利運(yùn)行并且使相應(yīng)的運(yùn)行成果最大化，因此本文主要分析和研究了嵌入式處理器STM32的抽油機(jī)井實時監(jiān)控系統(tǒng)，以期為這一系統(tǒng)的建設(shè)提供一定的理論支持。

關(guān)鍵詞：嵌入式處理器STM32；抽油機(jī)井；實時監(jiān)控系統(tǒng)

抽油機(jī)井是油料豐富地區(qū)的必備型設(shè)施，但是大多數(shù)抽油機(jī)井類設(shè)施的安置位置都過于遙遠(yuǎn)，并且其工作環(huán)境都相對惡劣，因此這十分不利于工人對相應(yīng)工件系統(tǒng)的維護(hù)與管理，而對抽油機(jī)井的實時化監(jiān)控程序的投入使用能夠在一定程度上改善這一問題，進(jìn)而使信息技術(shù)隨著在系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)用而在整個石油類工業(yè)地區(qū)得到全方位的普及，而為了使系統(tǒng)的性能達(dá)到最大化，需要讓實現(xiàn)實時監(jiān)控機(jī)制的工件得到成本、性能以及功耗方面的全方面優(yōu)化，為了使優(yōu)化進(jìn)程得以順利實施，我們需要對相應(yīng)的優(yōu)化細(xì)節(jié)有一個全面的了解。

1 總體的方案規(guī)劃

系統(tǒng)總共由六個方面構(gòu)成，具體包括：第一，現(xiàn)場型感應(yīng)器，即壓力型感應(yīng)器、溫度型感應(yīng)器等，這一類感應(yīng)器主要負(fù)責(zé)對受力以及溫度變化的接受，以便于及時將溫度以及壓力的改變反映到系統(tǒng)中樞。第二，感應(yīng)器信號的采集裝置，通常這一類裝置會選取采集型電路板來實現(xiàn)，主要是讓信息的變化有一個切實的承載物來接收。第三，互感器的改造裝置，這一類裝置有助于交互式系統(tǒng)傳播機(jī)制的建立。第四，電量參數(shù)的采集型電路板，這一類裝置主要用于電量參數(shù)的收集與整合。第五，電功全息圖采集型模塊，這一類模塊用于電功的收集，以便于及時發(fā)現(xiàn)電功方面的異常。第六，通信模塊和上位機(jī)，這兩件電路元件放在一起是因為它們共同構(gòu)成的通信機(jī)制對整個系統(tǒng)的信息傳遞起著重要的交互性作用，整個系統(tǒng)的信息反饋都需要通過這個機(jī)制來實現(xiàn)，因此這一機(jī)制對于整個監(jiān)測系統(tǒng)來說起著舉足輕重的作用，所以一定要對其加以重視。與此同時，這些部分的整體運(yùn)行參數(shù)都是這一系統(tǒng)的重要工作參數(shù)數(shù)據(jù)，所以要慎重對待。

2 基于嵌入式處理器STM32的抽油機(jī)井實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計細(xì)節(jié)

2.1 感應(yīng)裝置的設(shè)計

現(xiàn)場的感應(yīng)裝置會接受即時傳送的油體溫度、油體壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)信息，這些信息經(jīng)過現(xiàn)場感應(yīng)裝置處理后會被轉(zhuǎn)化成一定的電流集成信號，這些信號會通過感應(yīng)器內(nèi)部的反饋裝置被輸送回信號采集型電路板，然后為人們所知曉并分析。示工圖的采集類裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，其中主要的兩部分分別是加速度傳輸感應(yīng)裝置以及負(fù)荷型傳輸感應(yīng)裝置，這兩個裝置能夠進(jìn)一步采集整個系統(tǒng)運(yùn)行過程中所需的相應(yīng)細(xì)節(jié)性數(shù)據(jù)，在將這些數(shù)據(jù)通過一定的無線機(jī)制輸送到傳感器信號接受裝置內(nèi)，以便于裝置內(nèi)部的調(diào)控裝置能夠根據(jù)這些數(shù)據(jù)來分析是否對抽油機(jī)施行緊急調(diào)?；蜃匀粏?，進(jìn)而提升抽油機(jī)的自動化程度。

2.2 電壓波動調(diào)節(jié)機(jī)制的設(shè)計

而三項電壓機(jī)制能夠解決在這一電流傳輸過程中的電壓變動，從而為各環(huán)節(jié)電壓的平穩(wěn)輸送創(chuàng)造一定的控件保障，進(jìn)而使電壓的輸送的流通更為合理化。經(jīng)三項電壓體系轉(zhuǎn)化而流通的電流最終會為電量的收集模塊所集中收集，而這一收集的實現(xiàn)是以電壓互感裝置這一核心的收集作用為實現(xiàn)前提的。在上位機(jī)的通信協(xié)議的傳輸作用下，電量采集裝置會與傳感器信號接收裝置經(jīng)RS485這一型號的線路的連接而聯(lián)通，從而實現(xiàn)通信機(jī)制的交互，這一交互通常情況下是即時性的，這樣也就保障了相應(yīng)控制命令的發(fā)送與接收，進(jìn)而實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動化。上位機(jī)在這體系中起核心作用，其內(nèi)部軟件界面能夠顯示機(jī)制所需的全部數(shù)據(jù)，以便于使監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)作更加一目了然。

2.3 上位機(jī)的設(shè)計

上位機(jī)的實際執(zhí)行界面十分詳細(xì)，有助于使用戶對相應(yīng)操作的執(zhí)行參數(shù)一目了然。并且操作界面上還有若干參數(shù)的設(shè)定菜單，根據(jù)相應(yīng)的情境來進(jìn)行具體的參數(shù)細(xì)節(jié)化操作，能夠完成參數(shù)的實際設(shè)置，進(jìn)而使上位機(jī)的執(zhí)行體系更為人性化，簡單化。用戶也能夠根據(jù)自身的判斷對監(jiān)控的參數(shù)進(jìn)行即時的更改，而這有利于縮短監(jiān)控系統(tǒng)的反饋時間，并且在一定程度上提升監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行力，進(jìn)而減少一定的經(jīng)濟(jì)損失。監(jiān)控的實際參數(shù)覆蓋范圍極為廣泛，有報警的上下限峰值，同時還有信息采集的實際間距，因此在抽油機(jī)井的實際運(yùn)行中，任意的一項參數(shù)打破了報警系數(shù)的峰值，相應(yīng)的報警機(jī)制就會開始運(yùn)作，進(jìn)而向程序的執(zhí)行人員發(fā)出提示。而此時操作員的停止操作就能夠?qū)崿F(xiàn)抽油類機(jī)井的驟停，以減少相應(yīng)的機(jī)械建設(shè)性損害。

2.4 全息類采集模塊的設(shè)計

全息類采集模塊的設(shè)計較為簡單，但是也需要一定的操作。這一類模塊是實體化的裝置，并非傳統(tǒng)意義上的概念類體系，通常這一類模塊都會采用電池作為自身的供電型裝置，并且這一類模塊會直接與抽油機(jī)相連，進(jìn)而實現(xiàn)自身的相應(yīng)機(jī)能。例如示工圖型信息收集模塊就直接與抽油機(jī)的連接支架相連，在其內(nèi)部的加速度型傳感器以負(fù)荷型傳感器會采用二次積分的形式使相應(yīng)的加速度信號產(chǎn)生一定的位移，進(jìn)而最終通過無線終端將其順利輸出。

2.5 ZigBee通信模塊程序的設(shè)計

ZigBee通信模塊的程序在TI的Z-Stack協(xié)議的程序框架下開發(fā)。Z-Stack協(xié)議是在OSAL操作系統(tǒng)下的一組函數(shù)包，通過Z-Stack可以很方便的進(jìn)行ZigBee通信有關(guān)的程序編寫。

2.5.1 發(fā)送數(shù)據(jù)體系的設(shè)計要點(diǎn)

在ZigBee協(xié)議中進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送可以調(diào)用AF_DataRequest函數(shù)實現(xiàn)，該函數(shù)會調(diào)用協(xié)議中的底層函數(shù)來打開發(fā)射機(jī)，調(diào)整發(fā)射機(jī)的發(fā)送功率等函數(shù)。最終將數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送出去。

2.5.2 接收數(shù)據(jù)體系的設(shè)計要點(diǎn)

當(dāng)ZigBee模塊接收到ZigBee的數(shù)據(jù)幀后，OSAL將該數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)封裝，然后放入操作系統(tǒng)的消息隊列中，每個消息都有自己的編號，即消息ID號，有新數(shù)據(jù)被接收到的消息ID號為AF_INCOMING_MSG_CMD。首先使用函數(shù)從消息隊列中接收一個消息，然后通過switch-case語句進(jìn)行選擇，如果消息ID是AF_INCOMING_MSG_CMD，則進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

結(jié)束語

總而言之，監(jiān)控系統(tǒng)在抽油機(jī)領(lǐng)域是勢在必行的，合理的監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地反應(yīng)抽油機(jī)井的實際運(yùn)作情況以及實際生產(chǎn)效果，進(jìn)而使人們對抽油機(jī)井的運(yùn)作情況有一個全方位的掌握，同時也便于人們對出現(xiàn)故障的抽油機(jī)井進(jìn)行較為迅捷的啟動和停止性控制，進(jìn)而減少降級效益的流失，同時工人們也可以藉此減輕自身的工作壓力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上，推進(jìn)油田領(lǐng)域監(jiān)控體系建設(shè)的有序展開，以為我國創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

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