田秀海

摘 要：抽油機(jī)井在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列的突發(fā)狀況，為了對(duì)這些狀況加以全方位應(yīng)對(duì)，需要采取一系列的實(shí)時(shí)監(jiān)控性措施來(lái)對(duì)抽油機(jī)井進(jìn)行監(jiān)察和控制，而這些監(jiān)控設(shè)施并不能獨(dú)立出現(xiàn)，應(yīng)將其統(tǒng)一規(guī)劃到一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)之內(nèi)，然后通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部各程序的協(xié)同作用來(lái)使嵌入式處理器STM32抽油機(jī)井能夠順利運(yùn)行并且使相應(yīng)的運(yùn)行成果最大化，因此本文主要分析和研究了嵌入式處理器STM32的抽油機(jī)井實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，以期為這一系統(tǒng)的建設(shè)提供一定的理論支持。

關(guān)鍵詞：嵌入式處理器STM32；抽油機(jī)井；實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

抽油機(jī)井是油料豐富地區(qū)的必備型設(shè)施，但是大多數(shù)抽油機(jī)井類(lèi)設(shè)施的安置位置都過(guò)于遙遠(yuǎn)，并且其工作環(huán)境都相對(duì)惡劣，因此這十分不利于工人對(duì)相應(yīng)工件系統(tǒng)的維護(hù)與管理，而對(duì)抽油機(jī)井的實(shí)時(shí)化監(jiān)控程序的投入使用能夠在一定程度上改善這一問(wèn)題，進(jìn)而使信息技術(shù)隨著在系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)用而在整個(gè)石油類(lèi)工業(yè)地區(qū)得到全方位的普及，而為了使系統(tǒng)的性能達(dá)到最大化，需要讓實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制的工件得到成本、性能以及功耗方面的全方面優(yōu)化，為了使優(yōu)化進(jìn)程得以順利實(shí)施，我們需要對(duì)相應(yīng)的優(yōu)化細(xì)節(jié)有一個(gè)全面的了解。

1 總體的方案規(guī)劃

系統(tǒng)總共由六個(gè)方面構(gòu)成，具體包括：第一，現(xiàn)場(chǎng)型感應(yīng)器，即壓力型感應(yīng)器、溫度型感應(yīng)器等，這一類(lèi)感應(yīng)器主要負(fù)責(zé)對(duì)受力以及溫度變化的接受，以便于及時(shí)將溫度以及壓力的改變反映到系統(tǒng)中樞。第二，感應(yīng)器信號(hào)的采集裝置，通常這一類(lèi)裝置會(huì)選取采集型電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要是讓信息的變化有一個(gè)切實(shí)的承載物來(lái)接收。第三，互感器的改造裝置，這一類(lèi)裝置有助于交互式系統(tǒng)傳播機(jī)制的建立。第四，電量參數(shù)的采集型電路板，這一類(lèi)裝置主要用于電量參數(shù)的收集與整合。第五，電功全息圖采集型模塊，這一類(lèi)模塊用于電功的收集，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)電功方面的異常。第六，通信模塊和上位機(jī)，這兩件電路元件放在一起是因?yàn)樗鼈児餐瑯?gòu)成的通信機(jī)制對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信息傳遞起著重要的交互性作用，整個(gè)系統(tǒng)的信息反饋都需要通過(guò)這個(gè)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此這一機(jī)制對(duì)于整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)起著舉足輕重的作用，所以一定要對(duì)其加以重視。與此同時(shí)，這些部分的整體運(yùn)行參數(shù)都是這一系統(tǒng)的重要工作參數(shù)數(shù)據(jù)，所以要慎重對(duì)待。

2 基于嵌入式處理器STM32的抽油機(jī)井實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

2.1 感應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)的感應(yīng)裝置會(huì)接受即時(shí)傳送的油體溫度、油體壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)信息，這些信息經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)裝置處理后會(huì)被轉(zhuǎn)化成一定的電流集成信號(hào)，這些信號(hào)會(huì)通過(guò)感應(yīng)器內(nèi)部的反饋裝置被輸送回信號(hào)采集型電路板，然后為人們所知曉并分析。示工圖的采集類(lèi)裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，其中主要的兩部分分別是加速度傳輸感應(yīng)裝置以及負(fù)荷型傳輸感應(yīng)裝置，這兩個(gè)裝置能夠進(jìn)一步采集整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需的相應(yīng)細(xì)節(jié)性數(shù)據(jù)，在將這些數(shù)據(jù)通過(guò)一定的無(wú)線(xiàn)機(jī)制輸送到傳感器信號(hào)接受裝置內(nèi)，以便于裝置內(nèi)部的調(diào)控裝置能夠根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)分析是否對(duì)抽油機(jī)施行緊急調(diào)停或自然啟動(dòng)，進(jìn)而提升抽油機(jī)的自動(dòng)化程度。

2.2 電壓波動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制的設(shè)計(jì)

而三項(xiàng)電壓機(jī)制能夠解決在這一電流傳輸過(guò)程中的電壓變動(dòng)，從而為各環(huán)節(jié)電壓的平穩(wěn)輸送創(chuàng)造一定的控件保障，進(jìn)而使電壓的輸送的流通更為合理化。經(jīng)三項(xiàng)電壓體系轉(zhuǎn)化而流通的電流最終會(huì)為電量的收集模塊所集中收集，而這一收集的實(shí)現(xiàn)是以電壓互感裝置這一核心的收集作用為實(shí)現(xiàn)前提的。在上位機(jī)的通信協(xié)議的傳輸作用下，電量采集裝置會(huì)與傳感器信號(hào)接收裝置經(jīng)RS485這一型號(hào)的線(xiàn)路的連接而聯(lián)通，從而實(shí)現(xiàn)通信機(jī)制的交互，這一交互通常情況下是即時(shí)性的，這樣也就保障了相應(yīng)控制命令的發(fā)送與接收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化。上位機(jī)在這體系中起核心作用，其內(nèi)部軟件界面能夠顯示機(jī)制所需的全部數(shù)據(jù)，以便于使監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)作更加一目了然。

2.3 上位機(jī)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)的實(shí)際執(zhí)行界面十分詳細(xì)，有助于使用戶(hù)對(duì)相應(yīng)操作的執(zhí)行參數(shù)一目了然。并且操作界面上還有若干參數(shù)的設(shè)定菜單，根據(jù)相應(yīng)的情境來(lái)進(jìn)行具體的參數(shù)細(xì)節(jié)化操作，能夠完成參數(shù)的實(shí)際設(shè)置，進(jìn)而使上位機(jī)的執(zhí)行體系更為人性化，簡(jiǎn)單化。用戶(hù)也能夠根據(jù)自身的判斷對(duì)監(jiān)控的參數(shù)進(jìn)行即時(shí)的更改，而這有利于縮短監(jiān)控系統(tǒng)的反饋時(shí)間，并且在一定程度上提升監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行力，進(jìn)而減少一定的經(jīng)濟(jì)損失。監(jiān)控的實(shí)際參數(shù)覆蓋范圍極為廣泛，有報(bào)警的上下限峰值，同時(shí)還有信息采集的實(shí)際間距，因此在抽油機(jī)井的實(shí)際運(yùn)行中，任意的一項(xiàng)參數(shù)打破了報(bào)警系數(shù)的峰值，相應(yīng)的報(bào)警機(jī)制就會(huì)開(kāi)始運(yùn)作，進(jìn)而向程序的執(zhí)行人員發(fā)出提示。而此時(shí)操作員的停止操作就能夠?qū)崿F(xiàn)抽油類(lèi)機(jī)井的驟停，以減少相應(yīng)的機(jī)械建設(shè)性損害。

2.4 全息類(lèi)采集模塊的設(shè)計(jì)

全息類(lèi)采集模塊的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，但是也需要一定的操作。這一類(lèi)模塊是實(shí)體化的裝置，并非傳統(tǒng)意義上的概念類(lèi)體系，通常這一類(lèi)模塊都會(huì)采用電池作為自身的供電型裝置，并且這一類(lèi)模塊會(huì)直接與抽油機(jī)相連，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自身的相應(yīng)機(jī)能。例如示工圖型信息收集模塊就直接與抽油機(jī)的連接支架相連，在其內(nèi)部的加速度型傳感器以負(fù)荷型傳感器會(huì)采用二次積分的形式使相應(yīng)的加速度信號(hào)產(chǎn)生一定的位移，進(jìn)而最終通過(guò)無(wú)線(xiàn)終端將其順利輸出。

2.5 ZigBee通信模塊程序的設(shè)計(jì)

ZigBee通信模塊的程序在TI的Z-Stack協(xié)議的程序框架下開(kāi)發(fā)。Z-Stack協(xié)議是在OSAL操作系統(tǒng)下的一組函數(shù)包，通過(guò)Z-Stack可以很方便的進(jìn)行ZigBee通信有關(guān)的程序編寫(xiě)。

2.5.1 發(fā)送數(shù)據(jù)體系的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在ZigBee協(xié)議中進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送可以調(diào)用AF_DataRequest函數(shù)實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)會(huì)調(diào)用協(xié)議中的底層函數(shù)來(lái)打開(kāi)發(fā)射機(jī)，調(diào)整發(fā)射機(jī)的發(fā)送功率等函數(shù)。最終將數(shù)據(jù)通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去。

2.5.2 接收數(shù)據(jù)體系的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

當(dāng)ZigBee模塊接收到ZigBee的數(shù)據(jù)幀后，OSAL將該數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)封裝，然后放入操作系統(tǒng)的消息隊(duì)列中，每個(gè)消息都有自己的編號(hào)，即消息ID號(hào)，有新數(shù)據(jù)被接收到的消息ID號(hào)為AF_INCOMING_MSG_CMD。首先使用函數(shù)從消息隊(duì)列中接收一個(gè)消息，然后通過(guò)switch-case語(yǔ)句進(jìn)行選擇，如果消息ID是AF_INCOMING_MSG_CMD，則進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，監(jiān)控系統(tǒng)在抽油機(jī)領(lǐng)域是勢(shì)在必行的，合理的監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地反應(yīng)抽油機(jī)井的實(shí)際運(yùn)作情況以及實(shí)際生產(chǎn)效果，進(jìn)而使人們對(duì)抽油機(jī)井的運(yùn)作情況有一個(gè)全方位的掌握，同時(shí)也便于人們對(duì)出現(xiàn)故障的抽油機(jī)井進(jìn)行較為迅捷的啟動(dòng)和停止性控制，進(jìn)而減少降級(jí)效益的流失，同時(shí)工人們也可以藉此減輕自身的工作壓力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上，推進(jìn)油田領(lǐng)域監(jiān)控體系建設(shè)的有序展開(kāi)，以為我國(guó)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

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