基于無線網絡的抽油機井數據采集控制系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種抽油機井數據采集控制系統及其方法，具體地說是一種基于WIA-PA工業無線網絡的抽油機井數據采集控制系統及其方法。
【背景技術】
[0002]近年來，基于井場、站、庫等油氣田生產現場的數據采集、過程控制、參數優化、管理決策等凸現重要，將自動化技術、通信技術、信息技術融合的油氣生產物聯網系統在智能識別、數據融合、數據應用等方面發揮越來越大的作用，油氣生產物聯網是油氣田信息化建設發展的必然趨勢。
[0003]油氣生產物聯網系統就是通過傳感、射頻、通訊等技術，對油氣水井、計量間、油氣站庫及相關集輸管網等生產對象進行全面的感知，實現生產數據自動采集和控制、油氣田生產運行監控和管理，進而提高生產操作單元的自動化水平，進一步提高油氣田生產決策的及時性和準確性。
[0004]目前油氣田均已不同程度的實施了油氣生產自動化、數字化建設。針對生產數據采集與控制系統有有線和無線兩種方向，有線的采集與控制系統在施工、維護等方面均不便利，而目前的無線系統多是基于Zigbee系統設計，無線通信成功率低，無法保證全天監測數據的及時和準確性。
【發明內容】
[0005]本發明目的是提供一種用于WIA-PA工業無線網絡中能夠完全實現無線通信的抽油機井數據采集控制系統和方法。
[0006]本發明為實現上述目的所采用的技術方案是:基于無線網絡的抽油機井數據采集控制系統，包括組態計算機、工業以太網、WIA無線網關、井口控制單元和數據采集終端；組態計算機通過工業以太網與WIA無線網關連接；井口控制單元設置于抽油機井口，與數據采集終端、WIA無線網關進行無線通信。
[0007]所述井口控制單元為多個，每個井口控制單元設置在一個抽油機井井口內；每個井口控制單元與儀表構成星形網絡，還與WIA無線網關構成MESH網絡。
[0008]所述井口控制單元包括處理器模塊以及與其連接的I/O輸入輸出模塊、三相電采集模塊、本地通信模塊、液晶顯示模塊、電源管理模塊、數據遠傳接口模塊和WIA無線通信模塊。
[0009]所述三相電采集模塊采用電阻、電流互感器、功率計量IC和信號隔離芯片；三相交流電的每相串聯多個電阻后、通過濾波器與功率計量IC的電壓輸入通道連接，每相還通過壓敏電阻接地；三個電流互感器分別穿過三相交流電線，每個電流互感器的正負輸出端之間連有一個電阻與串聯的兩個電阻的并聯電路，并聯電路的兩端之間連有限幅電路，限幅電路的兩端通過濾波電路與功率計量IC的電流輸入通道連接；功率計量IC的輸出端經信號隔離芯片與處理器模塊連接。
[0010]所述濾波器的輸入端與地之間連有電阻、兩個串聯的電容和一個電容的并聯電路；電容的兩端分別與功率計量IC的電壓輸入通道連接；電阻接地的一端與兩個串聯的電容接地的一端之間還連有另一電阻，兩個串聯的電容之間的結點接地。
[0011]所述濾波電路包括電阻和電容；濾波電路的兩個輸入端分別通過電阻與功率計量IC的輸入端連接，功率計量IC的兩個輸入端之間連有串聯的兩個電容和一個電容的并聯電路；串聯的兩個電容之間的結點接地。
[0012]基于無線網絡的抽油機井數據采集控制方法，包括以下步驟:
[0013]各數據采集終端將采集的抽油機數據發送至與其在同一抽油機井內的井口控制單元，該井口控制單元將抽油機數據和自身采集的電量參數信息發送至WIA無線網關，同時進行數據存儲；
[0014]組態計算機通過工業以太網收到WIA無線網關發來的網絡狀態信息和各抽油機數據及電量參數信息，發送控制命令至WIA無線網關;WIA無線網關將控制命令下發至相應的井口控制單元；如果是控制命令，井口控制單元根據控制命令內容檢測當前抽油機井狀態并執行控制命令；如果是配置命令，則發送至相應的儀表進行參數修改與配置。
[0015]所述各數據采集終端將采集的抽油機數據發送至與其在同一抽油機井內的井口控制單元具體為:無線溫度變送器將抽油機井內溫度數據、無線壓力變送器將抽油機壓力數據、無線示功儀將功圖數據無線發送至與其在同一抽油機井內的井口控制單元。
[0016]所述無線示功儀將功圖數據無線發送至與其在同一抽油機井內的井口控制單元包括以下步驟:
[0017]示功儀與井口控制單元之間傳輸功圖數據時包含O?η包數據，示功儀發出O號數據包后，等待接收到井口控制單元的應答數據包后，開始連續發送I?η-1號數據包，不需要應答；發送完成后發送η號數據包，等待接收到井口控制單元的應答數據包后，完成本次功圖發送過程；
[0018]若收不到O或η號數據包的應答時，則示功儀啟動重傳，每間隔30s重傳I次，共重傳10次，若仍收不到應答，則放棄此次傳輸過程；
[0019]如整個傳輸的O?η號數據包有丟失時，進行補包過程，即發送η號數據包后，等待井口控制單元應答數據包，在應答數據包中包含了井口控制單元數據包不完整信息和缺失的數據包序列號，示功儀連續重傳該不完整數據包，并再發送η號數據包，直到接收到井口控制單元應答功圖數據完整后，結束本次傳輸過程。
[0020]所述電量參數信息包括抽油機三相電壓、三相電流、功率因素、有功功率、無功功率、視在功率、線路頻率、有功電能、電流圖。
[0021]本發明具有以下有益效果及優點:
[0022]1.本發明實現了抽油機井數據實時自動采集，為油氣物聯網數據分析和指導生產提供直接的數據信息。
[0023]2.WIA無線網絡在可視距離300米范圍內可直接通信，并且井口控制單元RTU均有無線路由功能，有障礙物遮擋或無線信號不佳時可以通過多跳網絡實現數據通信，通信成功率達到99%，保證數據可靠性。
[0024]3.采用無線溫度變送器、無線壓力變送器、無線一體化示功儀和使用無線網絡遠傳數據的井口控制單元設計，開通安裝便捷，節約人力成本，解決布線不便和不利于維護等問題。
[0025]4.采用WIA-PA無線通信技術，井口控制單元同時可支持有線及無線通訊，實現了油田現場的全自動化，不但實現了抽油機運轉情況的實時監控，為及時處理故障提供條件，還解放了大量人力，有利于優化人力資源配置。無線技術簡化了現場設備的布線和設置，優化了現場布線及安裝。
[0026]5.三相電采集模塊采用隔離技術，與RTU其他部分實現了隔離，保證了 RTU本身的安全性。
[0027]6.實現了 RTU與電量采集一體化設計，能夠采集三相電的參數信息，井口控制單元是井口抽油機數據采集、處理、控制設備，對各種輸入量的數據進行數據采集、處理和存儲并進行轉發。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明的系統組成框圖；
[0029]其中，11組態計算機，12實時數據庫，13網線，14工業以太網，15WIA無線網關，16阻擋物，17WIA無線網絡，18井口控制單元，19、20、21儀表；
[0030]圖2為本發明的上行數據流程框圖；
[0031]圖3為本發明的下行數據流程框圖；
[0032]其中，23WIA無線通信模塊、24處理器模塊，25三相電采集模塊，26WIA無線收發模塊，27數據采集與處理模塊；
[0033]圖4為示功儀與井口控制單元傳輸功圖的流程圖一；
[0034]圖5為示功儀與井口控制單元傳輸