抽油機盤根盒漏油自動報警裝置的設計

魏 波，高宇博，周廣超

（哈爾濱石油學院機械工程學院，黑龍江哈爾濱 150028）

0 引言

抽油機作為一種常用的設備，主要用于油田自動化生產。該設備在實際應用中很容易出現產出液不均勻、表面毛刺等問題，嚴重影響盤根盒密封效果，增加了漏油風險。一旦盤根盒漏油問題沒有得到及時解決，不僅會導致清潔工作量越來越大，還會對盤根盒造成破壞，導致盤根盒出現刺漏問題，進而增加污染程度。抽油機盤根盒漏油自動報警裝置的設計和應用，可以有效解決以上問題。通過設計和應用該裝置，不僅可以從根本上解決員工巡檢工作量大的問題，還能彌補油田帶盤根設備監測技術空白，為實現自動化監測和解決漏油問題提供重要的平臺支持。

1 裝置組成

抽油機盤根盒漏油自動報警裝置結構組成見圖1。該裝置主要是由3 個部分組成：①主控電路，主控電路主要包含單片機處理器、通信模塊、短信息報警電路等部分；②雙聯電路，雙聯電路在實際設計中，除了用到9 V 直流電源外，還用到了直流電源芯片[1]，通過該芯片可以為主電路提供穩定的直流電壓，該直流電壓值為5 V；③雙絲導電環，利用雙絲導電環，可以將門電路與雨滴感應器進行有效連接，從而保證該裝置電路連接的科學性和合理性[2]。

圖1 抽油機盤根盒漏油自動報警裝置結構組成

2 外觀設計

為了簡化報警器外殼拆裝流程，利用3D 打印技術，將裝置外殼設計為弧形，使得磁扣更好地吸附在盤根盒蓋上[3]。漏油感應板的兩條銅皮呈互相交錯的狀態，并將銅皮貼附到塑料板上，避免塑料板出現閉合問題，另外，將塑料板直接放置到盤根盒上端。

3 工作原理

裝置工作原理如圖2 所示，可以看出，該裝置在實際運行期間，雨滴感應器和雙絲導電環均處于常開觸點狀態，當盤根盒出現滲漏時，雙絲導電環利用油水的導電性進行連接，此時，盤根盒處于高電平狀態。當雨滴感應器出現斷路時，盤根盒處于低電平狀態[4]。采集電路主要負責對電壓信號的采集，并將所采集到的電壓信號直接傳輸至單片機處理器，此時單片機處理器自動啟動，促使聲光報警器運行，然后利用通信模塊完成報警短信息的實時發送，并將這些信息安全、可靠地傳輸至上位機，便于后期數據處理工作的有效開展。遇到惡劣的雨雪天氣，雨滴感應器和雙絲導電環之間的線路會自動接通[5]，通過門電路對高電平進行轉換，使其直接轉換為低電平，通過采集電路完成對門電路相關電壓信號的實時采集和整理，并將采集到的電壓信號直接傳輸至單片機處理器，在單片機處理器的作用下，聲光報警器自動處于關閉狀態，避免盤根盒出現漏油誤報現象[6]，使得盤根盒漏油報警信息的全面性、真實性和準確性大幅提高。

圖2 裝置工作原理

4 硬件設計

該裝置硬件電路在實際設計中，利用FLASH 存儲器不斷提高電壓比較器的精確度，同時對LED 輸出端口進行驅動處理，并利用軟件數據保護功能設計數據傳送協議，確保數據在停電的情況下也能安全存儲和管理，在此基礎上通過門電路將雨滴傳感器與雙絲導電環進行有效連接，并借助單片機完成相關信號的全面化采集和整理。另外，利用油水的導電性獲得相應的信號源，雨天通常會增加報警裝置誤報概率，同時還會導致裝置電池電量被大量消耗，通過實時感應下雨信號，并采用自動斷電的方式，避免雨天出現報警問題，降低裝置誤報概率。

5 軟件設計

提高抽油機盤根盒漏油自動報警裝置運行的穩定性和可靠性，要重視上位機、下位機程序的科學化設計，通過設計這兩組程序，為整個裝置相關運行數據的傳輸、查看、監測提供重要的技術支持。

5.1 用戶登錄模塊設計

為了避免其他用戶非法登錄和訪問系統導致系統重要信息數據丟失、泄露，要重視對用戶登錄模塊的設計。首先，要做好對用戶登錄行為的認證處理，認證期間系統要對用戶所提交的賬號、密碼進行加密處理，并將加密處理后的信息傳輸到系統服務器中，有服務器負責對這些信息進行統一認證，當認證通過后，用戶登錄成功，反之用戶登錄失敗。用戶登錄模塊核心代碼見圖3。

圖3 用戶登錄模塊核心代碼

5.2 下位機程序設計

下位機程序主要用于對電路中各個部分運行狀態的控制和協調，在設計該程序期間，首先要對上位機命令進行初始化處理和接收處理，同時，將處理好的數據與上位機進行有效通信；其次，通過采用5G 模塊的通信連接方式，確保上位機遇下位機進行有效地連接，并借助數據傳輸單元，不斷提高數據傳輸安全性和完整性，使得數據傳輸速率顯著提升。

5.3 上位機程序設計

上位機程序設計主要使用C#程序設計語言，確保裝置操作界面具有簡潔友好的特點，滿足現場使用需求。同時，還要保證程序任務與下位機之間建立良好的通信關系，并對上位機返回的數據進行初始化、發送、接收處理。該裝置采用B/S（瀏覽器/服務器）設計模式，按照圖4 所示的B/S 模式流程，利用廣域網對操作系統和瀏覽器進行直接操作，降低裝置維護成本，確保裝置模塊兼容性得以顯著提升。在手機、瀏覽器的應用背景下，操作人員登錄和訪問Web 服務端，可以安全、可靠地訪問數據庫，查看和了解裝置相關運行數據，智能化監測抽油機井盤根盒狀態，及時發現和解決盤根盒故障問題。

圖4 B/S 模式流程

6 結束語

將本文所設計的抽油機盤根盒漏油自動報警裝置在某油田作業區進行試用，取得良好的應用效果。經過多年使用，該裝置未出現盤根漏油問題，同時將污染治理費用降到最低。另外，該裝置具有結構簡單、價格便宜、易安裝、易拆卸等特點。在實際運用中，利用傳感器采集到的信號，將所需要的數據安全、可靠地發送至單片機，實時監測和管控盤根滲漏問題，有效避免抽油作業中的環境污染問題。