基于Zigbee的鉆井泵實時監測系統設計

摘要：針對目前鉆井泵實時監測參數不全面與鉆井現場復雜工況，設計了基于Zigbee技術的鉆井泵實時監測系統。對系統的功能、特點，硬件、軟件設計都進行了介紹。該系統能實現對鉆井泵多個關鍵參數的實時監測，結合Zigbee無線傳輸技術，非常適用于鉆井現場使用。

關鍵詞：鉆井泵；實時監測；Zigbee

中圖分類號：TE928文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）18-0167-01

1系統功能介紹

Zigbee數據傳輸技術是一種可供固定、便攜或移動設備使用的低復雜度、低成本、低功耗、低速率的無線連接技術，主要適用于自動控制和遠程監控等領域，可以嵌入在各種設備中，同時支持地理定位功能。

本系統主要是對鉆井泵的關鍵參數進行實時監測，并通過無線方式傳送鉆井泵的實時監測數據，對超限參數進行報警，提高鉆井泵工作中的可靠性和安全性，保證鉆井過程的順利進行。本系統能對鉆井泵的潤滑油壓力、滑潤油溫度、主軸承溫度、泵沖、泵輸出壓力、泵輸出流量、電機電壓、電機電流等相關參數進行實時監測、并計算出相應的輸出功率、電輸入功率、泵輸出功率等。這些參數可以反映泵的工作狀況的良好程度，并能反映出鉆井泵工作中的部件故障，如泵效過低，則可能出現泵閥密封效果不好或需要更換。

2系統總體方案

①系統方案。鉆井泵實時監測系統采用的是泵內有線連接，主要是將潤滑油壓力、滑潤油溫度、大軸承溫度、泵輸出壓力、電機電壓、電機電流等相關參數采用有線連接到I-7017Z數據采集模塊上，泵沖通過專用模塊進行測量，流量測量采用超聲波流量計進行測量，直接夾持在鉆井泵的排液管上測量，該三類智能設備通過RS-485總線連接到Zigbee模塊上，再通過Zigbee無線方式發送到監測計算機上，減少了現場布線的難度。測量系統的供電采用就地取220 V照明電的方式。

②系統硬件研究。設計的現場測量系統中，每臺鉆井泵的各測量傳感器均采用有線連接，并采用快速接口，方便現場快速拆卸，每臺泵的測量系統均裝在一個測試箱中，現場其余測量傳感器均采用快速電纜連接安裝，通過無線方式與工業計算機進行數據傳輸，工業計算機安裝于值班室內。

③超聲波流量計。超聲波流量計為單獨的機盒封裝，打開機盒螺釘，便露出接線端子，最左邊是串口通訊，其標準為RS232通訊，在該系統中，由于采用了多機通訊，通過RS232-485轉接頭便將RS232通訊方式轉換為485通訊方式，以實現多機通訊。

④數據采集模塊。數據采集模塊采取用的是泓格I-7017Z隔離模塊，該模塊支持10模擬量輸入，在設計中，由于傳感器的數量有7個，有3個余量，為通道7-9，可以作為增加測量參數時傳感器備用。使用時，只需要將相應的傳感器插入相應的插座上便可。

⑤Zigbee無線通訊模塊。Zigbee采用的供電電壓為24 V，發射頻率為2.4 Ghz，功率可在100～2 000 m進行調整，完全滿足現場測試的需求。該模塊在使用時需要外接天線，實現信號發射，模塊采用RS485通訊端口，可以和現場各測試設備以RS485通訊方式進行連接。

3系統軟件設計

3.1鉆井泵實時監控軟件的組成

計算機監測系統軟件主要包括以下界面及功能：鉆井泵參數監測主界面、曲線界面、報表界面、打印界面、報警界面、用戶管理界面、參數設置界面等。鉆井泵參數監控主界面：在該界面上以動態的方式直接顯示鉆井泵的出口壓力、出口流量、泵沖、主軸承溫度、潤滑油溫度、壓力、電機電流、電壓等相關測量參數及相應的派生參數。

3.2串口通訊

串口通訊采用VB程序設計語言實現。編寫過程中串口通訊使用MSCOMM控件，主要是通過事件來處理串行口的交互，即當數據到達時，控件的OnComm的事件就會來捕獲或處理這些通訊事件。而OnComm事件也可以用來捕獲和處理通訊錯誤。在實際應用中，一個MSCOMM控件就對應一個串行口，所以如果要處理多個串行口的話，必須有相應數量的控件與之對應。

4結語

文章提出的鉆井泵實時監測系統實現了對鉆井泵關鍵參數的實時監測。鉆井泵由于工作狀況復雜、工作條件惡劣，對其相關參數的實時監控，只能反應出鉆井泵的少量故障，對鉆井泵的故障分析還需要大量的現場實驗數據，本系統的研究能為鉆井泵故障分析提供基礎的平臺數據。

參考文獻：

[1] 張明洪，楊鐵軍.石油鉆井泵的監測與診斷[J].石油礦場機 械，1998，27(1).