油井遠程智能監控主控系統

胡瀅

摘 要

本文提出了一種智能遠程油井監控 控制系統的原理和硬件和軟件組成和實現方法。該方法具有多種鏈路方式，上層采用MODBUS串行或MODBUS_TCP協議，并提供MODBUS網關功能。該控制方式應用于智能遠程油井監控儀上。

【關鍵詞】遠程監控 MODBUS 智能油井

采油監控是油田開發面臨的一項重要工作。人工定時檢查需要耗費大量人工，且不能保證實時性和準確性。油井遠程監控系統能實現現場數據的實時采集和數據分析，通過遠程下達指令實現控制功能，對分布廣泛的生產現場實現網絡化。油井參數采集要求系統支持長距離傳輸，可靠性和可維護性要求高，輪詢響應時間快、通訊系統速率高，系統的兼容性和開放性高，可進行可靠擴容。

本文對一種現場數據采集準確快捷、惡劣環境下可靠、通信方式靈活、數據傳輸綜合能力強的油井遠程智能監控系統的主控部分的原理和實現方法進行了說明。

1 總體功能

主控模塊可遠程采集多種油井參數。通信采用多種鏈路方式，包括以太網、RS485、RS232有線鏈路以及Zigbee無線鏈路。上層應用通信協議采用MODBUS串行或MODBUS_TCP協議，并提供MODBUS網關功能，實現MODBUS數據包在不同物理傳輸介質上的透明傳輸。

2 硬件框架和組成

硬件框架和組成圖如圖1所示。

2.1 EBI外部總線接口

主要提供CPU最小系統的外部內存接口。NOR Flash：存儲系統啟動代碼以及系統映像。上電復位后，程序從NOR Flash開始執行。SDRAM：提供程序的運行內存環境。NAND Flash：電參數的累積數據以及系統的配置文件存儲在NAND Flash，實現文件系統。

2.2 SPI：Zigbee芯片連接接口

2.3 GPIO并行輸入輸出控制器

與離散數字量輸入、離散數字量輸出、狀態指示燈模塊、掉電檢測模塊、RTC模塊以及電參量采集芯片相連，實現相關的功能。掉電檢測模塊：當電源電壓低于一定值時，通知系統進行相關的數據保存工作，防止數據的丟失。RTC模塊：保存系統的實時時鐘。電參數采集芯片：提供供電線路參數信息。串行同步控制器（SSC）：實現語音報警功能。

2.4 DBGU 調試單元

實現3線式串口，用于程序下載調試，參數配置以及超級終端功能等。

2.5 USART 通用同步異步接收變換器

實現RS232口和RS485口，上層實現串行MODBUS RTU協議。

2.6 EMAC 以太網口

用于遠程網絡通信，上層支持MODBUS TCP協議。

2.7 WDT 看門狗定時器

用于在系統程序出現異常時重啟系統。

3 軟件構架

軟件層操作系統基于Linux內核版本進行移植，使用u-boot作為系統引導程序來引導操作系統。

驅動層用于驅動板載設備。驅動層通過統一接口（read，write，ioctl）向應用層提供操作控制接口。

應用層Modbus Server利用驅動層提供的接口來獲取設備狀態及控制設備。Modbus Server應用程序可通過配置文件工作在三種不同的模式下以滿足不同的應用場景。軟件結構如圖2所示。

4 系統拓撲結構

油井RTU可配置成普通模式、網關模式或混合模式。普通模式僅采集數據并等待Modbus Client獲取數據。網關模式用于轉發數據，設備本身不采集數據，解析和轉發上位機的請求到對應的采集設備上，將采集設備返回的數據重新進行解析和組包后返回給上位機，一般用于連接異種網絡。混合模式結合了網關模式和普通模式，既采集數據，也具有網關功能可轉發數據包。

上位機中運行Modbus Client或者其它符合Modbus協議標準的應用程序，通過RJ45連接到交換機，各RTU也通過RJ45連接到交換機，井場主RTU通常工作在網關模式或者混合模式下，通過RS485連接各個單井采集器，單井采集器通常工作在普通模式下。各個RTU設備通過RJ45和上位機連接起來，可通過telnet登陸到各個采集器，也可通過tftp來獲取采集器上的數據文件，上傳內核鏡像文件、根文件系統及設備驅動到各個RTU設備中，通過telnet來進行系統的更新。

5 結論

本文對一種智能遠程油井控制系統的組成和實現進行介紹，該實現方法通過了通訊可靠性測試和油田方的實井測試，現已部署在油田多井監控系統上，被證實是一種可行的、優點突出的、智能性高的控制方法。

參考文獻

[1]董明明，孫萬蓉等.基于RTU油井遠程測控系統的數據采集與傳輸層軟件設計[J].物聯網技術，2012，02（02）.

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[3]張建軍，王蓉.油田油井遠程自動化監控技術方案的研究[J].自動化應用，2010（09）.

[4]董明明，孫萬蓉等.基于RTU油井遠程測控系統的數據采集與傳輸層設計（碩士學位論文）[D].西安：西安電子科技大學，2010.

作者單位

武漢海王機電工程技術公司 湖北省武漢市430064