基于GSM网油田监控系统的检测模块设计

2012-08-31黑龙江于庆牛传德夏秀立

职业技术 2012年6期

黑龙江于庆牛传德夏秀立

引言

GSM全称为“全球移动通信系统”是第二代数字移动通信系统。GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。1990年完成了GSM900的技术规范，1991年制定了DCS1800的标准，两者具有同样的基本功能特性，绝大部分二者是通用的，两个系统均可统称为GSM系统。目前，广东移动主要采用以GSM900网络为依托，DCS1800网络为补充的组网方式，构成GSM900/DCS1800双频网，双频网管理的两个主要方面是拥塞缓解功能和话务平衡功能。

1 游梁式抽油机

抽油机的种类很多，各种相关技术发明有数百种。在众多的分类方式中，按照采油方式来分是最常用的分类方法，按照这种分类方式把抽油机分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类和旋转运动类，国内外大量使用的游梁式抽油机就属于往复运动类抽油设备；无杆类采油设备又可分为电动液压驱动类、潜油离心泵和气举采油设备。

目前，游梁式竖井抽油机采油系统在油田中应用最为广泛，如图1所示。

从图中可以看出，该装置由三部分组成，即井上部分——游梁式抽油机，它由电动机、减速器、曲柄、连杆和游梁等组成；井下部分——抽油泵，它包括游动阀、柱塞、泵筒和固定阀等，抽油泵悬挂在套管中油管的下端，可分为管式泵和杆式泵两种；联接井上部分和井下部分的中间部分——抽油杆柱，它由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。

2 检测模块设计

抽油机测量系统是整个设计的关键部分，它关系到检测数据的准确与否，因而，相关芯片的选取、性价比、可靠性等方面都是设计的考虑重点，结合本设计的实际需要，抽油机测量系统总体方案框图如图1所示。

设计中所需要测量的电参量(电压、电流、功率因数)、温度、压力等相关参数通过电参量芯片的直接读取，从而减少使用传感器的数量，减轻设备的重量，在经过转换后送入单片机内，经过其接受信号的判断来判知下一步的操作是如何，同时，为了保证各个元件、设备的正常工作需要又电能的提供者，这些都是由外部电源来供给，同时，为了避免由于某些原因造成了电源不能及时补给，因此，在电源设计还辅助有蓄电池，以备不时之需。

图1 游梁式抽油机—抽油泵装置简图

2.1 单片机的选择

宏晶科技生产的STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒)，对电机控制，强干扰场合。

STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。

图2 抽油机测量系统总体方案框图

2.2 电压/流瞬时值采样电路

抽油机工作时电动机的电流很大，无法直接被单片机采集和处理，所以必须经过电流互感器按照一定的比例把大电流变为小电流，然后把电流信号转换为电压信号，再经过电路的处理，转换为单片机能够直接处理的标准电压信号。电容的选取主要是从滤波的角度出发，通过选取适当容量的电容可以很好地滤走一部分干扰波，二极管的使用主要是利用其单向导电特性来考虑，这样可以使得其他信号的电压值直接被屏蔽。

2.3 电压/流过零检测电路

从电压/流瞬时值检测电路检测出来的二组电压参量及三组电流参量分别进入电压/流过零检测电路。所谓过零检测是指当交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时系统作出的检测。待信号经过运算放大器的处理之后分别送入或门74HC32芯片，最终在与门74HC11芯片处理后作为进入MCU单元的中断引脚中。