基于以上情況，華北油田采油工藝研究院積十幾年油井監(jiān)控工作的經(jīng)驗結(jié)合當(dāng)今自控技術(shù)的發(fā)展水平，提出并研制了以基于無線和嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，將微處理器嵌入到了傳感器和轉(zhuǎn)發(fā)器中，完成了油井工況的測量、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、無線通訊等功能，實現(xiàn)各種傳感器與RTU之間無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計思想。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
采用無線技術(shù)作為傳感器與RTU之間的通訊方法，將傳感器、變送器、MPU控制器及無線收發(fā)模塊組合在一起，構(gòu)成一體化的微功耗無線智能網(wǎng)絡(luò)傳感器，實現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的無線采集。
為了保證在正常態(tài)情況下工作2-3年，在硬件設(shè)計上采用低功耗元器件；在
軟件設(shè)計上，除電源管理芯片外，其它芯片都處于休眠狀態(tài)，每隔幾秒微處理器中斷喚醒來處理事件，工作完畢后繼續(xù)休眠，從而使靜態(tài)功耗控制在μA級。
1、無線收發(fā)模塊
采用世界先進的nrf905半雙工通訊芯片，微功耗10mW，該芯片具有低電源電壓工作1.9-3.6V、多通道工作ETSI/FCC兼容、可軟件調(diào)節(jié)輸出功率至-10db、"傳輸前監(jiān)聽"載波檢測協(xié)議、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒輸出、低功耗ShockBurst工作模式、偵測數(shù)據(jù)包地址匹配、數(shù)據(jù)包自動重發(fā)、自動產(chǎn)生CRC和數(shù)據(jù)前導(dǎo)碼等功能，使得被嵌入的傳感器形成智能微網(wǎng)絡(luò)型，各傳感器之間由地址區(qū)分，統(tǒng)一頻點，形成微型網(wǎng)絡(luò)。
2、無線示功圖測試儀
無線示功圖測試儀由載荷傳感器、微功耗MCU─MSP單片機、加速度傳感器、無線收發(fā)模塊、電池等組成，可實現(xiàn)示功圖無電纜測試、150井次示功圖數(shù)據(jù)存儲、油井生產(chǎn)時率計算等功能。對于不同的用途，可以將無線收發(fā)模塊，改為GPRS模塊，實現(xiàn)示功圖的遠程檢測。硬件結(jié)構(gòu)圖和軟件框圖如下：
圖2 軟件框圖
圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖 
3、無線模擬量傳感器
在已有傳感器的基礎(chǔ)上加入了自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集電路，包括儀表電池和數(shù)據(jù)采集板。該無線模塊可以與壓力變送器、溫度變送器、流量變送器、液位變送器等可輸出4～20mA信號的儀表，或帶有專有通訊協(xié)議的儀表。
圖3 自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集電路
4、無線RTU
該無線RTU將采集、控制、通訊三種功能合為一體，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集和傳輸，它是整個系統(tǒng)的前端核心。利用自身所具有的開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)采集接口采集數(shù)據(jù)，并通過自身所配備的RS232/RS484接口，可以采用有線或無線的通訊方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠端監(jiān)控中心，配備專用的通訊軟件可與組態(tài)軟件的無縫連接。
RTU的核心是監(jiān)控器，由微處理器、微功耗無線收發(fā)模塊、無線通訊模塊、時鐘電路、存儲電路、接口電路、操作鍵盤及液晶顯示器構(gòu)成，整體采用SMT表貼工藝集成在電路板上，具有采集模擬量、數(shù)字量、指令控制輸出、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、顯示及鍵盤設(shè)置功能，可以完成油水井所需要的各種操作；主電路板上安裝有微處理器、RS232/485接口電路、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、鍵盤顯示電路、數(shù)據(jù)存儲電路、時鐘電路、USB接口電路及電源電路。硬件結(jié)構(gòu)如下圖：
圖4 RTU監(jiān)控器硬件結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)工作時RTU對上位機（測控中心）可以使用光纜、GPRS、CDMA、無線數(shù)傳電壓等通訊方式；對下（載荷、位移、油壓、
三、應(yīng)用情況
華北油田采油工藝研究院開發(fā)和研制的該項技術(shù)，已在多個油井監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用。從滿足生產(chǎn)實際需求出發(fā)，根據(jù)不同的要求構(gòu)成了不同的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。
1、抽油機井監(jiān)控系統(tǒng)
油田采油生產(chǎn)自動化監(jiān)控系統(tǒng)，是以提高油田的現(xiàn)代化管理水平、提高采油生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗和增強油田可持續(xù)發(fā)展能力為目的，采集油井電量、電壓、電流、載荷、沖次、沖程、井口壓力、生產(chǎn)時率等生產(chǎn)參數(shù)，并自動定時采集和遠程控制采集油井示功圖，電流圖。實現(xiàn)對油井的全面監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守。
圖5
在系統(tǒng)中，現(xiàn)場所有儀表采用無線數(shù)據(jù)采集方式，定時將采集的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)絉TU，通過光纜、無線數(shù)傳電臺、GPRS等數(shù)據(jù)傳輸方式，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂剖?，上位機軟件采用WonderWare Intouch9.5人機界面軟件，并配合采研院研制的專有數(shù)據(jù)通訊采集軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視和對現(xiàn)場設(shè)備的控制。
利用 WonderWare Intouch 9.5人機界面軟件，編制的油井顯示畫面，實現(xiàn)油井的遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控。
2、單井示功圖遠程測試系統(tǒng)
將無線示功儀直接安裝于抽油機井的懸繩器上，采集的示功圖數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置的GPRS模塊，直接傳輸?shù)街付ǖ姆?wù)器，不需附加任何設(shè)備，由于采用了GPRS無線傳輸方式，無地域限制，只要中國移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋。
該系統(tǒng)解決了示功圖的遠程測試問題，對于用于示功圖計量油井產(chǎn)液量的系統(tǒng)，只要在服務(wù)器上安裝相應(yīng)的計算軟件即可，使用該系統(tǒng)對老油田簡化和優(yōu)化工作，簡化地面工藝流程提供了可靠和適用的手段。
四、結(jié)論
現(xiàn)場儀表與RTU間采用了無線傳輸，減少了由于原來電纜造成的人為損壞和自然損壞的不利因素，在無外部供電的情況下可持續(xù)工作，增加了可維護性和可靠性，便于安裝，解決了油井監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)的瓶頸問題。
（轉(zhuǎn)載）
