計量間遠程監控RTU

杜海江 龔正平 肖國龍 中科院廣州電子技術有限公司

計量間遠程監控RTU

杜海江 龔正平 肖國龍 中科院廣州電子技術有限公司

實現計量間的無人職守及遠程數據監控非常必要，也是油田數字化建設的重要標志。RTU是組成數字油田的最基本單元，監控系統采用插卡式設計的RTU，將數據采集與網絡數據傳輸分離，層次分明，可靠性好，便于維護。NAD型RTU軟件包括AD卡軟件及CPU卡軟件兩部分。網絡傳輸采用ENC28J60獨立以太網控制器，實現了穩定的數據傳輸，可靠性較高，通信速率也能較好得滿足要求。

RTU；計量間；軟件；硬件；遠程監控

油田計量間作為單井采液的匯聚站，集合有摻水干線、注水干線、回油干線、單井環路等各種管線，每種管線都涉及溫度、壓力、流量（瞬時、累積）等。實現計量間的無人職守及遠程數據監控非常必要，也是油田數字化建設的重要標志。一些科研機構與廠家陸續研發了基于PLC或RTU的計量間遠程監控系統。

1 NAD型RTU結構

RTU是Remote Terminal Unit（遠程測控終端）的縮寫，是組成數字油田的最基本單元，市場前景非常廣闊。RTU硬件原理結構見圖1。

圖1 RTU硬件原理結構

NAD型RTU采用ARM 32位內嵌式處理器為CPU，設計的插卡式、適用于標準機柜的形式，外形為4U標準機箱，包括底板、電源卡、CPU控制卡和7個AD采集卡。CPU控制卡和AD采集卡分別配置顯示及按鍵操作面板；底板包括電源總線、RS485總線、信號接線端子。通過底板的電源總線，電源卡給每塊AD卡及CPU卡供電；通過底板的RS485總線，CPU卡與每塊AD卡實現通信。AD采集卡包括4～20 mA模擬量輸入通道，開關型數字信號通道和RS485地址設定開關。CPU采集卡設計有RJ45網絡接口，通過網線與交換機或無線網橋相連，與上位中控計算機采用TCP/IP協議。

2 RTU硬件原理

（1）電源卡40。輸入AC 220 V交流電源，通過卡內的電源轉換器為所有板卡（AD采集卡、CPU控制卡）提供DC供電電源。

（2）AD采集卡20。通過底板I/O端子11接入多路4～20 mA的標準信號，通過轉換電路轉成0～2.5 V電壓，由板卡內的CPU通過AD采集變換為數字信號，通過底板上的RS485總線將信號傳輸給CPU控制卡。

（3）CPU控制卡30。通過RS485通信方式與每塊AD采集卡輪訓通信，將每塊AD采集卡當前的4～20 mA模擬轉換值及I/O狀態值讀入CPU卡內；同時，CPU控制卡的RJ45網絡接口通過TCP/IP協議將一段時間內的所有AD采集卡的轉換數據通過無線網絡上傳中控室PC監控系統。

（4）AD卡及CPU卡。均采用LPC2136作為CPU。NAD型RTU采集裝置應用于油田計量間遠程監控系統中，其工作過程如下：RTU通過4～20 mA模擬型傳感器或開關型傳感器獲取油田計量間輸油管路溫度、壓力、流量數據，通過無線網橋（或通過GPRS）上傳至控制中心PC。

3 RTU接口軟件設計

NAD型RTU軟件包括AD卡軟件及CPU卡軟件兩部分。AD卡軟件包括初始化模塊、AD轉換模塊、RS485通信模塊、顯示操作模塊；CPU卡軟件包括初始化模塊、網口數據傳輸模塊、RS485通信模塊、顯示操作模塊。

軟件采用TCP/IP協議傳輸數據，首先將采集的數據打包成符合網絡傳輸的數據幀，此過程按TCP協議的報文格式對欲傳輸的數據進行封裝，封裝好后傳給網絡層。網絡層將數據按IP協議的IP包格式分成若干段（即IP包），再傳給數據鏈路層，在這一層將數據流按以太網協議的協議格式分劃成一個個的數據幀，再將幀轉換為比特數據流在物理網中傳輸。

設計時采用LPC2136作核心CPU，以ENC28J60作為網絡控制芯片，LPC2136與ENC28J60之間通過SPI實現通信,ENC28J60通過RJ45接口HR9011105A接入網絡。ENC28J60內置10 Mb/s以太網物理層器件(PHY)及媒體訪問控制器(MAC)，可按業界標準的以太網協議可靠地收發信息包。

4 結論

本文所述的RTU已經應用于大慶油田采油七廠，運行可靠、穩定。實時將摻水干線、注水干線、回油干線、單井環路等各種管線的溫度、壓力、流量（瞬時、累積）近百個參數數據上傳中心監控計算機軟件系統，實現無人職守，結束了人工抄報數據的歷史。采用插卡式設計的RTU，將數據采集與網絡數據傳輸分離，層次分明，可靠性好，便于維護。網絡傳輸采用ENC28J60獨立以太網控制器，實現了穩定的數據傳輸，可靠性較高，通信速率也能較好得滿足要求。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.039