嵌入式系統(tǒng)在抽油機無線監(jiān)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(chǎn)而言，監(jiān)控是十分重要的一項工作，經(jīng)由對油井一系列參數(shù)進行實時掌握，有助于操作人員實現(xiàn)對油井當前工作狀況的有效掌控。就該部分參數(shù)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(shù)較為分散及交通條件有限影響，使得操作人員開展監(jiān)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(shù)的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)在諸多行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛推廣，針對嵌入式系統(tǒng)而言，其一方面可提供可靠的信息數(shù)據(jù)傳輸及短信息服務(wù)，一方面無需投入大量的經(jīng)濟成本。嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)，為我國地處偏遠的抽油機無線監(jiān)控工作創(chuàng)造了極大的便利。由此可見，對嵌入式系統(tǒng)在抽油機無線監(jiān)控中的運用開展研究，有著十分重要的現(xiàn)實意義。

1 嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)是一種完全嵌入手控器件內(nèi)，為相關(guān)應(yīng)用而制作的特定計算機系統(tǒng)，可實現(xiàn)對諸如裝置、機器、工廠等各式各樣設(shè)備的控制或監(jiān)視。廣義上而言，嵌入式系統(tǒng)指的是緊緊圍繞應(yīng)用，將計算機技術(shù)作為前提，軟件、硬件可實現(xiàn)裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對可靠性、功能、功耗、成本等要求的特定計算機系統(tǒng)。一般情況下，嵌入式系統(tǒng)屬于一類控制程序存儲于ROM中的嵌入式處理器控制板。結(jié)合實際情況而言，各式各樣具有數(shù)字接口的設(shè)備，好比汽車、照相機、手表等，均運用了嵌入式系統(tǒng)，部分嵌入式系統(tǒng)還涵蓋了操作系統(tǒng)，不過大部分嵌入式系統(tǒng)均是由單個程序?qū)崿F(xiàn)全面控制邏輯。嵌入式系統(tǒng)的重中之重是由一個或者若干個事先編程完畢用以執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的單片機或微處理器組成。有別于傳統(tǒng)計算機可運行用戶自主選擇的軟件，嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)在抽油機無線監(jiān)控中的運用

全面石油企業(yè)在當前社會發(fā)展形勢下，要緊緊跟隨社會前進步伐，不斷開展改革創(chuàng)新，強化對國內(nèi)外成功發(fā)展經(jīng)驗學習借鑒，切實推進嵌入式系統(tǒng)在抽油機無線監(jiān)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(nèi)容作為切入點。

2.1 系統(tǒng)組成、設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)在抽油機無線監(jiān)控中的運用，可將抽油機無線監(jiān)控系統(tǒng)劃分為三個模塊，分別為抽油機現(xiàn)場終端控制模塊、無線通信模塊以及監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理模塊。具體而言：

（1）抽油機現(xiàn)場終端控制模塊。該模塊處在系統(tǒng)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(shù)進行收集，包括電流、電壓、位移、載荷等，然后調(diào)節(jié)數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再借助GPRS無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至上位機開展存儲顯示、處理，而上位機呈現(xiàn)的示功圖可為判斷抽油機有序抽油與否提供有效依據(jù)。

（2）監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理模塊。該模塊主要用以接收下機位傳輸來的有關(guān)抽油機動力源電機的一系列參數(shù)，包括電流、電壓、位移、載荷等，通過分類并存儲于數(shù)據(jù)庫中，為操作人員開展抽油機運行狀況分析提供可靠依據(jù)，并且對監(jiān)控中心還設(shè)計有完備的人機交互界面，基于VB語言開發(fā)平臺，操作人員經(jīng)由人機交互界面可實現(xiàn)對抽油機一系列參數(shù)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(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計過程中，可借助GPRS數(shù)據(jù)通信技術(shù)開展遠距離的信息數(shù)據(jù)傳輸。作為一種基于GSM技術(shù)發(fā)展而來的無線傳輸技術(shù)，GPRS主要為GSM用戶提供了形式分組的數(shù)據(jù)技術(shù)。GPRS選取了與GSM相同的無線調(diào)制標準、相同的突發(fā)結(jié)構(gòu)、相同的頻帶及相同的時分多址幀結(jié)構(gòu)等。此類全新的分組數(shù)據(jù)信道與現(xiàn)階段電路交換話音業(yè)務(wù)通信存在一定相似度。所以，原本的基站子系統(tǒng)起初便可實現(xiàn)GPRS的全面覆蓋。在GPRS支持下，用戶可實現(xiàn)在端到端分組轉(zhuǎn)移條件下的信息數(shù)據(jù)傳輸、接收，而無需借助電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，進一步生成一種低成本且高效的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。值得一提的是，其尤為適用于海量數(shù)據(jù)傳輸、實時性要求高的情況。GPRS實現(xiàn)了用戶與信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(wù)。其借助分組交換技術(shù)，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(shù)據(jù)共享的目的。GPRS具備下述3項優(yōu)勢：①全天候在線，運用GPRS開展信息數(shù)據(jù)傳輸、接收過程中，用戶不需要為每次信息數(shù)據(jù)訪問獲取呼叫連接，可實現(xiàn)全天候在線；②高速傳輸，信息數(shù)據(jù)傳輸速率每秒鐘可達到160Kbps；③成本較低，依據(jù)信息數(shù)據(jù)傳輸、接收量僅需計費，針對信息數(shù)據(jù)量龐大的用戶，還可選取包月服務(wù)。

2.2 系統(tǒng)原理

本次抽油機無線監(jiān)控系統(tǒng)中核心處理器運用了S3C2440，一方面實現(xiàn)了對下位機中動力源電機各項參數(shù)的收集、處理、呈現(xiàn)，另一方面還借助GPRS無線通信技術(shù)對信息數(shù)據(jù)開展傳輸、接收。本次系統(tǒng)主要優(yōu)點特征在于操作便捷、可實現(xiàn)長時間的有序運行。結(jié)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(guān)信號經(jīng)由微處理器轉(zhuǎn)化為可處理的數(shù)字信號，并通過液晶顯示器進行呈現(xiàn)。上位機監(jiān)控中心選取微機開展數(shù)據(jù)存儲、處理、生成示功圖，操作人員經(jīng)由人機交互界面可實現(xiàn)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(zhuǎn)變狀況密切相關(guān)，經(jīng)由查看示功圖閉合曲線圖，可實現(xiàn)對抽油機有序運行與否進行評定。綜上，本次研究結(jié)合抽油機工作實際情況，設(shè)計出一個集信息數(shù)據(jù)收集、無線監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)存儲以及信息數(shù)據(jù)查詢等于一體的無線監(jiān)控系統(tǒng)，可實時將信息數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心開展分析處理，實現(xiàn)對示功圖的呈現(xiàn)功能。經(jīng)由對示功圖的查看、分析，可掌握抽油機懸點荷載隨位移轉(zhuǎn)變情況，進一步評定抽油機各項參數(shù)調(diào)節(jié)相符與否及抽油機運行狀況。

2.3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

本次系統(tǒng)有效實現(xiàn)了現(xiàn)場監(jiān)控終端對抽油機設(shè)備一系列參數(shù)的收集、分析及液晶顯示器呈現(xiàn)，通過數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號經(jīng)由GPRS無線通信技術(shù)傳輸至上位機監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對該部分信息數(shù)據(jù)開展接收、存儲并可呈現(xiàn)抽油機在一個沖程內(nèi)油桿上沖量隨位移轉(zhuǎn)變的示功圖，并且還可對抽油機引發(fā)的故障提出實時警示。通過現(xiàn)場監(jiān)控終端還可獲取抽油機其他故障信息，并在一經(jīng)檢測出相關(guān)故障信息后，并通過微控制器迅速調(diào)節(jié)繼電器開關(guān)停止抽油機運轉(zhuǎn)。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(jié)語

總而言之，依托先進技術(shù)對油井、管線等開展集中監(jiān)管，是現(xiàn)階段石油企業(yè)提高產(chǎn)量、縮減生產(chǎn)成本、提升工作效率的必經(jīng)之路。鑒于此，石油企業(yè)相關(guān)人員務(wù)必要極大研究力度，提高對嵌入式系統(tǒng)內(nèi)涵特征的有效認識，強化對嵌入式系統(tǒng)在抽油機無線監(jiān)控中的科學合理運用，積極促進抽油機的安全有序運行。

［1］馮慶春.GSM無線監(jiān)控在抽油機管理上的應(yīng)用［J］．化學工程與裝備，2016，13（7）：144－145．

［2］楊京，梁華慶，曹旭東，等．基于嵌入式處理器STM32的抽油機井實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］．電子設(shè)計工程，2015，23（4）：179－183．