抽油机盘根盒漏油自动报警装置的设计

魏 波，高宇博，周广超

（哈尔滨石油学院机械工程学院，黑龙江哈尔滨 150028）

0 引言

抽油机作为一种常用的设备，主要用于油田自动化生产。该设备在实际应用中很容易出现产出液不均匀、表面毛刺等问题，严重影响盘根盒密封效果，增加了漏油风险。一旦盘根盒漏油问题没有得到及时解决，不仅会导致清洁工作量越来越大，还会对盘根盒造成破坏，导致盘根盒出现刺漏问题，进而增加污染程度。抽油机盘根盒漏油自动报警装置的设计和应用，可以有效解决以上问题。通过设计和应用该装置，不仅可以从根本上解决员工巡检工作量大的问题，还能弥补油田带盘根设备监测技术空白，为实现自动化监测和解决漏油问题提供重要的平台支持。

1 装置组成

抽油机盘根盒漏油自动报警装置结构组成见图1。该装置主要是由3 个部分组成：①主控电路，主控电路主要包含单片机处理器、通信模块、短信息报警电路等部分；②双联电路，双联电路在实际设计中，除了用到9 V 直流电源外，还用到了直流电源芯片[1]，通过该芯片可以为主电路提供稳定的直流电压，该直流电压值为5 V；③双丝导电环，利用双丝导电环，可以将门电路与雨滴感应器进行有效连接，从而保证该装置电路连接的科学性和合理性[2]。

图1 抽油机盘根盒漏油自动报警装置结构组成

2 外观设计

为了简化报警器外壳拆装流程，利用3D 打印技术，将装置外壳设计为弧形，使得磁扣更好地吸附在盘根盒盖上[3]。漏油感应板的两条铜皮呈互相交错的状态，并将铜皮贴附到塑料板上，避免塑料板出现闭合问题，另外，将塑料板直接放置到盘根盒上端。

3 工作原理

装置工作原理如图2 所示，可以看出，该装置在实际运行期间，雨滴感应器和双丝导电环均处于常开触点状态，当盘根盒出现渗漏时，双丝导电环利用油水的导电性进行连接，此时，盘根盒处于高电平状态。当雨滴感应器出现断路时，盘根盒处于低电平状态[4]。采集电路主要负责对电压信号的采集，并将所采集到的电压信号直接传输至单片机处理器，此时单片机处理器自动启动，促使声光报警器运行，然后利用通信模块完成报警短信息的实时发送，并将这些信息安全、可靠地传输至上位机，便于后期数据处理工作的有效开展。遇到恶劣的雨雪天气，雨滴感应器和双丝导电环之间的线路会自动接通[5]，通过门电路对高电平进行转换，使其直接转换为低电平，通过采集电路完成对门电路相关电压信号的实时采集和整理，并将采集到的电压信号直接传输至单片机处理器，在单片机处理器的作用下，声光报警器自动处于关闭状态，避免盘根盒出现漏油误报现象[6]，使得盘根盒漏油报警信息的全面性、真实性和准确性大幅提高。

图2 装置工作原理

4 硬件设计

该装置硬件电路在实际设计中，利用FLASH 存储器不断提高电压比较器的精确度，同时对LED 输出端口进行驱动处理，并利用软件数据保护功能设计数据传送协议，确保数据在停电的情况下也能安全存储和管理，在此基础上通过门电路将雨滴传感器与双丝导电环进行有效连接，并借助单片机完成相关信号的全面化采集和整理。另外，利用油水的导电性获得相应的信号源，雨天通常会增加报警装置误报概率，同时还会导致装置电池电量被大量消耗，通过实时感应下雨信号，并采用自动断电的方式，避免雨天出现报警问题，降低装置误报概率。

5 软件设计

提高抽油机盘根盒漏油自动报警装置运行的稳定性和可靠性，要重视上位机、下位机程序的科学化设计，通过设计这两组程序，为整个装置相关运行数据的传输、查看、监测提供重要的技术支持。

5.1 用户登录模块设计

为了避免其他用户非法登录和访问系统导致系统重要信息数据丢失、泄露，要重视对用户登录模块的设计。首先，要做好对用户登录行为的认证处理，认证期间系统要对用户所提交的账号、密码进行加密处理，并将加密处理后的信息传输到系统服务器中，有服务器负责对这些信息进行统一认证，当认证通过后，用户登录成功，反之用户登录失败。用户登录模块核心代码见图3。

图3 用户登录模块核心代码

5.2 下位机程序设计

下位机程序主要用于对电路中各个部分运行状态的控制和协调，在设计该程序期间，首先要对上位机命令进行初始化处理和接收处理，同时，将处理好的数据与上位机进行有效通信；其次，通过采用5G 模块的通信连接方式，确保上位机遇下位机进行有效地连接，并借助数据传输单元，不断提高数据传输安全性和完整性，使得数据传输速率显著提升。

5.3 上位机程序设计

上位机程序设计主要使用C#程序设计语言，确保装置操作界面具有简洁友好的特点，满足现场使用需求。同时，还要保证程序任务与下位机之间建立良好的通信关系，并对上位机返回的数据进行初始化、发送、接收处理。该装置采用B/S（浏览器/服务器）设计模式，按照图4 所示的B/S 模式流程，利用广域网对操作系统和浏览器进行直接操作，降低装置维护成本，确保装置模块兼容性得以显著提升。在手机、浏览器的应用背景下，操作人员登录和访问Web 服务端，可以安全、可靠地访问数据库，查看和了解装置相关运行数据，智能化监测抽油机井盘根盒状态，及时发现和解决盘根盒故障问题。

图4 B/S 模式流程

6 结束语

将本文所设计的抽油机盘根盒漏油自动报警装置在某油田作业区进行试用，取得良好的应用效果。经过多年使用，该装置未出现盘根漏油问题，同时将污染治理费用降到最低。另外，该装置具有结构简单、价格便宜、易安装、易拆卸等特点。在实际运用中，利用传感器采集到的信号，将所需要的数据安全、可靠地发送至单片机，实时监测和管控盘根渗漏问题，有效避免抽油作业中的环境污染问题。