油井远程无线监控系统（精选8篇）
油井远程无线监控系统 篇1
1 引 言
从90年代以来, 油井的自动化和网络化管理的程度日益提高, 但是由于油井大部分都分布在交通不便的野外且数量非常多, 常规采用的油井数据采集方式大多需要巡井工人到现场进行抄表, 这种方式不仅费时费力, 增加维护成本, 而且, 由于一些人为因素有可能还会影响数据的准确性。虽然利用无线射频芯片做为油井数据采集的改进方式, 使巡井人员可以远离油井进行数据采集和分析, 但是这种方式还是需要人员到油井现场, 且一次只能对少数油井的数据进行采集, 工作效率还是不高。而本研究提出的融合ZigBee和GPRS技术的特点和优势开发设计的嵌入式的油井远程监测系统, 在监测管理中心就可以对监测的所有油井工作时的各种数据进行实时地主动和被动地采集。不但降低了数据采集成本更提高了数据采集的准确性和实时性[1]。
[2 监测系统的总体结构
整个监测系统的结构设计如图1所示, 以ZigBee和GPRS构成的无线网络为数据采集的传输核心, Zigbee主要完成单一油井数据采集需要的各种传感器的连接和多个油井之间的联网;GPRS通过接收来自Zigbee传输的数据, 并将数据通过主动或者被动的方式传送到监测管理中心。利用嵌入式芯片S3C2410和ucLinux构成数据采集前置机的控制核心, 达到对油井运行时电压、电流、温度和压力等数据的采集和控制, 远程监测系统的数据采集和监测管理中心服务器用一个GPRS模块通过RS-232与计算机连接, 通过上位机软件处理和存贮采集到的油井数据, 并进行分析汇总和对远端进行必要的控制。
本远程无线监测系统可以对油井的各类运行数据进行主动采集, 然后传输到监测管理中心进行分析和存储, 并根据出现的异常数据情况, 对远端的油井进行必要的检测和控制, 也可以将告警数据直接发送到相关的维护人员, 节省故障排除时间, 尽量减少油井故障发生的时间和次数。基于以上的一个设计思路, 本系统在设计上由硬件装置和监测中心组成, 逻辑上主要由位于硬件装置上的数据采集、控制软件和位于监控中心的管理软件组成, 两者相互配合完成油井的远程数据监测和控制功能, 并为今后油井的正常运行提供数据方面的参考。
3 系统的设计实现
由嵌入式油井无线远程监测系统的基本结构可以看出, 系统硬件设计主要考虑两个部分:一是终端数据采集单元的设计;二是监测网络传输中心单元的设计。下面分别对这两部分进行详细介绍。
3.1 嵌入式终端数据采集节点的设计
终端数据采集节点主要由控制核心C8051F040, 无线芯片CC2430, 和用于三相电压、电流的霍尔传感器, 温度传感器和压力传感器等组成。节点系统采集需要的监测数据和下发控制指令, 同时与数据采集中心节点单元构成无线传感器网络, 将采集来的数据通过GPRS网络远程无线传输到监测管理中心[2]。整个硬件电路如图2所示。
3.1.1 三相电压和电流监测电路
由于抽油机使用的是工频50 Hz、380 V的三相电压, 所以, 电压电流监测电路是完成模拟电流、电压信号转换为数字信号, 然后由单片机进行读取、监测的一类电路。其主要包含霍尔电压传感器、电流传感器和C8051F040等器件。控制系统中需要输入电流、电压两路模拟信号, 因此要用多路模拟开关。此外由于采样的信号是一个快速变化的信号, 因此在模拟开关和A/D转换芯片之前需加一个采样保持器。在采样电压信号时保持电流信号, 这样才能保证采样的电压和电流信号为同一时刻的值[3], 而C8051F040这款高性能的单片机所带的ADC转换器就可以完成对电能信号的采样、保持和转换等功能。本设计中对三相电压和电流有效值的计算, 采用以下公式。
计算电压有效值公式为:
电流有效值计算公式为:
式中:N——一个周期内的采样点数;ui——一个周期内各个采样点的电压值;il——一个周期内各个采样点的电流值。
3.1.2 压力信号采集电路
压力传感器安装在输油管上, 根据所安装管路的压力选用相应量程的传感器。根据油田输油管的具体情况, 选用了HDP501压力传感器, 此压力传感器的特性如下:量程为1～150 MPa, 可以满足实际需要;供电电压VT为直流24 V, 可以选用 (4～20 mA (二线制) , 0～5 V、1～5 V、0～10 V (三线制) ) 这两类输出信号方式, 压力传感器根据输油管压力的不同, 发送出不同的电流值或者电压值, 当压力传感器输出的电流为4 mA时, 电压跟随器LM110输入引脚输入1 V电压;当压力传感器输出的电流为20 mA时, LM110输入引脚输入5 V电压。然后电压输入到C8051F040的A/D, 根据不同电压, 单片机可以判断出不同压力值。压力信号采集电路如图3所示。
3.2 嵌入式数据监测中心单元的设计
数据监测中心单元硬件电路设计如图4所示。它是整个远程监测系统的传输核心单元。在整个系统中, 起着承上启下的作用。该单元通过S3C2410控制器实现GPRS网络和ZigBee网络的数据交换。
这部分主要的技术难点在于Zigbee芯片和GPRS模块之间的协议转换。基于这一要求, 我们开发了基于这两种无线网络芯片的网络协议转换单元, 它的任务是负责ZigBee和GPRS网络的双向数据转换, 是一个基于ZigBee与GPRS协议的转换网关[4]。下面给出在32 MHz系统时钟下, 用DMA向flash存储单元内部写入程序的部分源代码[5]。
通过对CC2430、S3C2410和SIM300的分析, 在uclinux操作系统程序框架结构的基础上, 建立两个任务ZigBee_T、GPRS_ T, 为避免数据拥塞, 系统创建两个消息队列[4]:GPRS_ZigBeeQ=ZSGCET (&MsgQA[0], Q_Size) , ZigBee_GPRSQ=ZSGCET (&MsgQB[0], Q_Size) 。
4 系统软件平台的设计
整个软件系统分成三个部分, 由监控中心软件子系统、嵌入式终端数据单元软件子系统和无线网络传输中心软件子系统组成。图5给出了整个软件系统的结构图。其中下位机软件 (包括嵌入式终端数据节点软件子系统和数据监测中心软件子系统) 主要由C语言、汇编语言和嵌入式操作系统uClinux以模块化结构进行开发。而上位机软件 (监测管理中心软件子系统) 用VC++6.0和SQL Server数据库进行开发。
监测管理中心操作系统采用Windows2003 Server中文版, 数据库采用SQL Server。服务器接收到GPRS网络传来的IP数据后要进行验证。在收到来自监测管理中心的就绪信息之后, 下位机将采集的数据编制成规定格式, 通过GPRS网络发送到监测管理中心, 监测管理中心读取IP数据包, 识别信息内容, 然后进行分析和显示。监控中心软件主要应用VC++6.0的socket控件来实现数据的收发, 通过UDP或者TCP协议进行数据的交互, 实现网络的通信[5]。监测中心主程序流程图如图6所示。
由图6可知, 整个监测系统的工作都是以数据监测和故障处理为核心的。在系统的初始状态下, 系统的物理部件即ZigBee无线传感器网络和GPRS网络进行数据采集和监测工作, 如果没有问题则系统将持续的处于这种状态, 如果有问题则说明被监测的设备中出现故障, 这时将通过告警装置进行显示, 提示相应的工作人员去处理发生的故障。同时, 系统也会对采集来的远端数据进行存储处理和统计分析。
5 结 论
利用基于嵌入式技术的油井无线远程监测系统对油井实施性能监测和控制保护, 不但是必要的也是可行的。是对现有油井维护方式进行改进的一种良好手段。本方案采用32位嵌入式ARM微处理器系统作为远端监测模块的控制和通信核心, 利用Zigbee技术构成无线传感器网络, 利用GPRS网络形成远程监测网络。相关分析表明, 本方案利用了嵌入式技术、ZigBee和GPRS技术的优势, 具有传送及时、运行可靠等优点。本系统扩展性较强, 在实际应用中可以灵活扩展功能, 以适应需求。因此, 本系统的设计有广泛的应用前景。
摘要：为了适应油井参数采集的自动化和网络化, 融合ZigBee和GPRS技术的特点和优势, 提出了嵌入式的油井远程监测系统的解决方案, 分析了以嵌入式控制器为核心的终端采集和无线网络传输单元的硬件设计、监测管理中心软件设计及管理平台的运行和构成, 监测管理中心通过ZigBee和GPRS构成的无线网络监测和采集油井的性能和运行状况。本系统为油井的检测和自动化管理提供了基础。
关键词：油井远程监测,ARM和uCLinux,嵌入式系统
参考文献
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[3]郭丽.油井监控系统的设计与实现[D].大连:大连理工大学.
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[5]沈苑, 施展, 陈晓蓉.GPRS技术在远程数据采集系统中的应用[J].仪表技术, 2006, (6) :27-28.
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油井远程无线监控系统 篇2
正伟短信/GPRS无线LED一体控制卡应用文档
GPRS远程无线车载LED信息发布系统方案
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正伟短信/GPRS无线LED一体控制卡应用文档 GPRS远程无线车载LED信息发布系统方案
一、短信/GPRS无线LED一体控制卡概述
由于传统的LED 显示屏的信息输入只能通过数据线与电脑直接连接来进行, 因此对于传统LED显示屏来说不能满足远程信息实时发布的需要，因而不能构建大规模的联网式信息发布系统。基于此我司研究出短信/GPRS无线LED一体控制卡，基于短信/GPRS无线网络技术，提供通用LED 通信控制接口，实现对LED 显示屏的大规模的组网。无论是普通的文字条屏，还是大屏幕的图文屏，只要接上无线LED一体控制卡，就能马上打破传统LED显示屏的限制，成为能够大规模联网的无线LED信息显示屏。无线LED 信息显示屏是一种全新的信息媒体，一经面世，便被广泛的社会团体所接受，其“流动”显示和联网信息发布的特点更为广告界所推崇，成为一种全新的广告媒体。无论LED 显示屏放在何处，LED 显示屏的数量多少，系统的主控中心都能将信息准确、即时的发布到指定的某个或多个或全部的LED 显示屏上。无线LED一体控制卡能够极大的增强LED 显示屏作为信息显示载体发布信息的灵活性和实时性，为拓展LED 显示屏的应用发挥极大的功效。
短信/GPRS无线LED一体控制卡具备有线控制卡的显示功能，通过手机或者能上网的电脑给LED显示屏无线发送内容，傻瓜式的操作，广泛应用于各种门头屏，车载屏，气象屏等等LED单双色显示屏，受到用户广泛欢迎，有线控制卡的价位，无线的功能，省却布线和人工成本，傻瓜式的操作，省却培训和售后技术支持成本
二、网络拓扑结构
无线LED信息发布系统由LED显示屏、LED显示控制器（短信/GPRS无线LED一体控制卡）、和无线LED信息发布中心平台几个部分组成。控制中心通过LED显示信息发布软件，以GPRS 网络为数据传输载体，以无线数据传输单元和LED 显示控制器为LED 显示屏的接入终端，实现由控制中心远程向远程的无线LED显示设备发送图文信息。
无线传输LED显示屏应用示意图：
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系统组成及各部分特点：
A）：显示系统: 1．短信/GPRS无线LED一体控制卡
采用双MCU，一个只负责数据的处理。一个负责显示，这样大大的减少了显示MCU的开销，使此控制系统具备了很高的显示质量。
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。短信/GPRS无线LED一体控制卡是我司针对LED显示屏设计的一款内嵌TCP/IP协议栈的LED一体控制卡，采用工业级的芯片。为用户提供一种新的控制卡。产品特点
* 标准工业级产品，满足工业标准，可用于恶劣工业现场环境； * 使用方便、灵活、可靠，多重技术保障产品高度稳定； * 支持双频GSM/GPRS 900M 1800M； * 内嵌TCP/IP协议，支持TCP协议； * 永远在线;* 可实现点对点，点对多点等灵活的组网方式；
* 短信/GPRS的远程控制功能，可用短信/GPRS进行信息发布； * 支持永远在线模式，断线自动重拨；
* LED显示屏接口：2个08接口，4个12接口 ； * DC5V，2000mA供电，具有节能模式；
* 内置看门狗，随时监控运行状态，保证产品稳定可靠的运行； * 抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求
2．显示屏体
显示屏体由各系统集成商自行采购
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显示屏体主要由显示单元板（包括显示驱动电路板）、电源和框架等组成。单元板是由LED模块组成的显示单元。LED模块内植有发光二极管管芯 1.车租车车内屏
显示面积：9.6cm*76.8cm
外框尺寸：13.5cm*80cm 出租车车顶屏
显示面积：9.6cm*76.8cm
外框尺寸：15cm*85cm
1、灯点
（1）使用超高亮度LED发光管，能充分保证显示屏的亮度，及整屏的均匀性。
2、外壳
（1）有多种专门为出租车及公交车设计的外壳。
(2)采用模组背开式，除灯点以外，可完全由背部维修。
B）：控制中心及客户端信息管理及发布软件
整个软件系统采用BS+CS架构设计，系统运行于互联网上。整个软件系统分为以下几部分：客户端管理软件、运营中心管理软件、中心数据库服务软件、GPRS中心服务软件及GPRS终端软件。
整个系统数据处于中心服务器上，用户端安装用户服务软件，用户通过用户帐号+密码访问登陆系统并从中心服务器上检索、建立、修改数据。通过对不同的用户设置不同的权限，来完成用户的管理。各用户所要发布的信息通过InterNet网络上传到服务中心，由中心完成数据校验、审核工作，然后把有效信息通过网络分发给各地方的显示屏上。中心监控人员可以通过中心数据库监控各用户端所发
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布的信息。
软件体系结构为三层体系结构，整个系统划分为多个层次，所有数据交换基于Web Services服务完成，服务进行了加密处理，只有取得了密钥及有相应的权限的用户才能登陆到系统，完成数据的交互。这样可以提高整个系统的安全性。系统把界面层、业务逻辑层、数据层分开设计，每两层间均有加密控制，以提高数据安全性。
三、GPRS无线LED系统特点：
（1）实时远程发布：传统LED显示屏只能固定地显示所控制器内存储的信息，如需发布新的信息只能通过电脑联机来更新信息。无线LED显示屏可以随时接收信息中心下发的信息。
（2）不受距离限制：传统电子显示屏只能在短距离内使用，一般只有数十米，无线LED显示屏只要无线GPRS网络覆盖的地方都可以使用，不受距离和位置的限制。
（3）组网规模大：传统LED显示屏的内容由电脑通过串口数据线发送，显示屏数量在规模上受到限制。无线LED信息发布系统通过GPRS无线网络来发送信息，采用TCP网络传输协议，终端联网数量不受限制可以多达上万个。
（4）安装简单方便实用：不用麻烦的有线工程施工，安装位置可灵活选择。（5）远程维护功能，可用网络或短信远程对产品进行监控，便于维护和检修。
（6）．先进性：充分利用计算机互联网络、移动无线通信系统、LED显示控制等先进技术，设计具有国内先进的无线LED信息发布系统。采用目前先进的系统软件平台及终端设备，不但能够无线LED信息联网发布需要，而且能够支持相关各个行业内部具体业务需要。
（7）可靠性：本系统的可靠性主要体现在三个方面：一是中心系统的可靠性，操作系统、数据库、中心服务系统等软件平台的可靠性；二是无线LED控制卡的可靠性，硬件故障率低，可以设置心跳包和短信远程重联机制。三是通信机制可靠，依托移动或联通GSM网络，数据传输高效可靠。
（8）扩展性：系统要有良好的扩展性，当终端数量增加、使用用户范围扩大、系统功能增加时，能够平稳升级，支持现有的各类无线通信接入，GSM系统，GPRS系统，并实现了这些系统的并网运行，今后通过开发和安装相应的通信接口协议即可实现其他未来通信系统的接入。
（9）实用性：整个系统的操作以方便、简洁、高效为目标，既充分体现快速反应的特点，又能便于操作人员进行信息处理和发布，便于管理层及时了解各项统计信息。
（10）保密性：对于系统的管理实行严格的权限管理，只有持有一定权限的密钥才能访问、监控、实施相应的管理、控制操作，确保系统安全可靠。
四、软件系统主要功能：
1．系统无限大支持无线LED显示屏数； 2．通信体制支持：短信/GPRS通信方式； 3．系统软件采用C/S结构或者B/S结构；
4.登录管理，用户权限管理，可定义不同的操作用户有不同的操作权限，实现用户分级管理； 5．支持LED显示屏设备信息管理功能，可实现分组管理；
6.支持栏目管理，可设置不同的栏目； 7.信息编辑：可灵活编辑信息播放方式，播放时间，信息有效期，可编辑字库及点阵文字信息及图片信息； 8．支持信息实时发送、定时发送、单发，群发，分组发送等；
9．强大的查询功能，可对用户、信息、设备、栏目、工作日志等等进行查询； 10．强大的显示屏控制功能，可校时、开关屏、亮度控制、同步控制等；
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五、系统应用
作为一种新的信息发布载体，无线LED信息发布系统具有广阔的市场和用途，主要应用如下：
小区楼院：将无线LED显示屏安装在小区、楼宇、院子入口处，作为小区信息公告牌，方便物业和居民发布物业通知、公益资讯、小区公告、气象信息、安全知识、交通提示、社区信息等，有助于社区信息的整合与传播，净化社区环境，提升社区形象；
政府部门：将无线LED显示屏安装在政府部门的办事大厅，作为政务公示栏，用来发布政府政策、公告公示、民意调查、应急通知、预警提示、气象信息、法规宣传等；无线LED显示屏可以成为气象、安全、交通、水利、消防、民政、公安、城管等行业部门信息发布与预警系统的标准终端。
门店超市：将无线LED显示屏安装在商店门头、超市入口、大厅、货架处，用于发布导购提示、供求信息、价格行情、促销打折、新品推介、商家推荐、客户问候等，是商家引导顾客的媒体和信息传播的窗口，有助于吸引消费者，促进商家信息的传播。
交通车站：将无线LED显示屏安装在车站候车室、收费站、站台中作为电子公告屏，用于发布公交信息、天气预报、各类广告、即时新闻、交通路况、票务情况、临时通知等；
交通车辆：将无线LED显示屏安装在公交车辆、城市出租车、地铁车辆和铁路列车上，用于发布城市新闻、天气预报、交通路况、商业信息等；
广告传媒：将无线LED显示屏可嵌入到广告灯箱、户外广告、招牌门牌、路牌中用于发布即时广告和信息，可以有效提升整体广告效果，扩大广告受众率。
农业农村：将无线LED显示屏安装到各村、镇重要场所，作为农村供求信息栏，用于发布农业科技、农业政策、应急广播、市场信息、供求信息、气候信息、病害防治等；
宾馆酒店：选用带有牌价栏的无线LED显示屏安装在前台、大厅等处，用于发布房价信息、公告通知、气象预告、消费指南、欢迎语等；
学校医院:将无线信箱作为电子公告栏，用于发布服务指南、收费公示、预防提醒、会议通知、学术活动、供求信息等。
六、公司简介
上海正伟数字技术有限公司（Shanghai Zhengwei Digital Technology Co., Ltd.）注册于上海高新技术开发区，是上海市科委审定的科技企业。公司专注于嵌入式系统领域的技术创新和产品开发，专业提供嵌入式网络领域、无线网络领域和嵌入式计算系统领域的软硬件产品及技术服务。
正伟拥有专业的研发技术人员和优秀的营销团队，并具有从专科到博士不同学历的良好人才结构。公司与众多系统集成商、学校政府研究所在器件供货、产品经销、技术创新等方面形成了良好的合作伙伴关系。正伟在嵌入式控制、2G-4G（GPRS/CDMA/EVDO/HSDPA）无线通信、GPS卫星定位及嵌入式软件开发等技术领域拥有核心技术，并提供了一系列高品质的产品。
“无线技术 引领未来”,正伟从2003年初开始敏锐的意识到GPRS/CDMA等无线技术是市场和技术发展的大趋势，无线网络将不可避免地渗透到人与人，人与机器，机器与机器通信的每一个角落，无线技术所带来的信息流通及随之而来的系统决策科学化，决策高速化，及系统自我决策化将极大的影响人们的生活，正伟积极的投入了这个过程，立志将无线网络应用到每一个角落，提出了“网络天下，沟通世界”的宏伟目标！
数年来精益求精，兢兢业业，上海正伟成功的把无线产品应用到长城内外大江南北，以及台湾、澳大利亚、南非等国内外数十个行业，并获得一致好评。
我们获得了国家创新基金支持，参与了上海市河流污水处理，上海灾害天气预警系统，上海浦东市政宣传系统，上海松江精神文明宣传系统，上海静安景观灯控制系统，上海高架情报板系统，上海停车信息发布系统，上海徐汇交通指示系统，药监局药品快速反应系统，新疆农业信息发布系统，内蒙电力监控系统，云南气象信息系统，安徽车载信息系统。。等等。部分产品项目得到了上海晨报和中央电视台CCTV的广泛报道，我们与上海海事大学在港口管理物流信息决策等领域达成技术合作和人才培养。
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凭借其技术、人才、管理优势，本着“踏实创新，追求卓越”的企业精神，正伟数字锐意进取，勇于创新，力争成为嵌入式网络领域和无线通信领域领先的设备提供商和服务提供商。“正人正事，伟心伟业”是公司永恒的信念和追求。客户应用短信/GPRS无线LED一体控制卡项目图片：
油井远程智能监控主控系统 篇3
本文对一种现场数据采集准确快捷、恶劣环境下可靠、通信方式灵活、数据传输综合能力强的油井远程智能监控系统的主控部分的原理和实现方法进行了说明。
1总体功能
主控模块可远程采集多种油井参数。通信采用多种链路方式, 包括以太网、RS485、RS232有线链路以及Zigbee无线链路。上层应用通信协议采用MODBUS串行或MODBUS_TCP协议, 并提供MODBUS网关功能, 实现MODBUS数据包在不同物理传输介质上的透明传输。
2硬件框架和组成
硬件框架和组成图如图1所示。
2.1 EBI外部总线接口
主要提供CPU最小系统的外部内存接口。NOR Flash:存储系统启动代码以及系统映像。上电复位后, 程序从NOR Flash开始执行。SDRAM:提供程序的运行内存环境。NAND Flash:电参数的累积数据以及系统的配置文件存储在NAND Flash, 实现文件系统。
2.2 SPI:Zigbee芯片连接接口
2.3 GPIO并行输入输出控制器
与离散数字量输入、离散数字量输出、状态指示灯模块、掉电检测模块、RTC模块以及电参量采集芯片相连, 实现相关的功能。掉电检测模块:当电源电压低于一定值时, 通知系统进行相关的数据保存工作, 防止数据的丢失。RTC模块:保存系统的实时时钟。电参数采集芯片:提供供电线路参数信息。串行同步控制器 (SSC) :实现语音报警功能。
2.4 DBGU调试单元
实现3线式串口, 用于程序下载调试, 参数配置以及超级终端功能等。
2.5 USART通用同步异步接收变换器
实现RS232口和RS485口, 上层实现串行MODBUS RTU协议。
2.6 EMAC以太网口
用于远程网络通信, 上层支持MODBUS TCP协议。
2.7 WDT看门狗定时器
用于在系统程序出现异常时重启系统。
3软件构架
软件层操作系统基于Linux内核版本进行移植, 使用u-boot作为系统引导程序来引导操作系统。
驱动层用于驱动板载设备。驱动层通过统一接口 (read, write, ioctl) 向应用层提供操作控制接口。
应用层Modbus Server利用驱动层提供的接口来获取设备状态及控制设备。Modbus Server应用程序可通过配置文件工作在三种不同的模式下以满足不同的应用场景。软件结构如图2所示。
4系统拓扑结构
油井RTU可配置成普通模式、网关模式或混合模式。普通模式仅采集数据并等待Modbus Client获取数据。网关模式用于转发数据, 设备本身不采集数据, 解析和转发上位机的请求到对应的采集设备上, 将采集设备返回的数据重新进行解析和组包后返回给上位机, 一般用于连接异种网络。混合模式结合了网关模式和普通模式, 既采集数据, 也具有网关功能可转发数据包。
上位机中运行Modbus Client或者其它符合Modbus协议标准的应用程序, 通过RJ45连接到交换机, 各RTU也通过RJ45连接到交换机, 井场主RTU通常工作在网关模式或者混合模式下, 通过RS485连接各个单井采集器, 单井采集器通常工作在普通模式下。各个RTU设备通过RJ45和上位机连接起来, 可通过telnet登陆到各个采集器, 也可通过tftp来获取采集器上的数据文件, 上传内核镜像文件、根文件系统及设备驱动到各个RTU设备中, 通过telnet来进行系统的更新。
5结论
本文对一种智能远程油井控制系统的组成和实现进行介绍, 该实现方法通过了通讯可靠性测试和油田方的实井测试, 现已部署在油田多井监控系统上, 被证实是一种可行的、优点突出的、智能性高的控制方法。
参考文献
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油井远程无线监控系统 篇4
油井的监控水平直接影响到油田正常生产, 对油井的生产状态进行有效的监控, 获取实时油井生产数据和统计数据, 对生产管理、生产调度、产能分析、配产优化等具有重要的指导意义。为此, 本文提出通过建设海上油田油井远程监测, 提升海上油田生产的远程管控能力。
由于海上平台油井远程监测的主要难点在于油井相关监控系统的数据采集和远程传输方面, 因此, 本文着重介绍海上平台油井数据实时采集系统, 油井远程监测、分析系统主要涉及油井相关数据的专业分析方面内容, 受篇幅限制, 本文不对该方面内容做具体介绍。
2 海上平台油井相关监控系统分类
海上平台油井相关监控系统主要包括三类:⑴中控系统 (DCS系统) , 主要监测参数包括:套压、回压、井口压力、井口温度;⑵电潜泵控制系统, 主要监测参数包括:工作电流、工作电压、漏电流、电泵频率、过载时间、欠载时间、不平衡电流、不平衡时间等;⑶泵工况、井下温度压力监测系统, 主要监测参数包括:泵吸入口压力、泵出口压力、泵滑油温度、泵吸入口温度、震动系数、漏电流等。
3 数据实时采集系统
数据实时采集系统是“油井远程监测系统”的生产数据实时采集子系统, 主要实现两方面功能: (1) 实现对海上平台油井生产实时数据的采集、存储和管理; (2) 提供实时数据采集系统的数据访问接口, 实现与“远程监测、分析系统”的数据交互。主要实现功能范围如下:⑴海上平台端建立生产数据实时采集系统, 实现海上平台油井生产数据实时采集、传输及存储, 数据采集涉及的系统包括:1) DCS系统;2) 电潜泵控制系统;3) 泵工况、井下温度压力监测系统。⑵在确保控制系统安全性、稳定性条件下, 实现实时数据传至陆地。⑶陆地端建立实时数据库系统, 实现与海上平台数据采集系统实时通信。⑷实现海上平台数据采集系统与陆地实时数据库间数据的同步及断点续传。
3.1 数据实时采集系统组成
结合海上平台通信网络以及现场控制系统的实际情况, 为了达到更好地数据采集、集成和系统应用目的, 数据实时采集系统分为三个子系统: (1) 数据采集子系统; (2) 数据远程传输子系统; (3) 数据存储子系统。
⑴数据采集子系统。数据采集子系统主要实现对油井相关监控系统数据的实时采集, 并将数据实时转至数据远程传输子系统, 其核心技术是对现场控制系统数据通信接口的开发、集成。⑵数据远程传输子系统。数据远程传输子系统主要负责在确保不影响控制网安全性和稳定性的基础上, 将实时数据由海上平台远传至陆地数据存储子系统, 并实现数据完整性要求, 其关键在于远传通信方式、路由、安全策略的选择。⑶数据存储子系统。数据存储子系统主要负责对海上平台油井生产实时数据的存储和管理, 并提供实时数据采集系统的数据访问接口, 实现与“远程监测、分析系统”的数据交互, 其核心是实时数据库系统。
3.2 数据采集子系统
数据采集子系统数据采集服务器 (IO服务器) 以及现场监控系统接口软硬件设备组成, 数据采集服务器上部署生产数据实时采集软件, 通过现场监控系统接口软硬件设备实现与现场控制系统的实时通信, 并将数据实时转至数据远程传输子系统。数据采集子系统与现场监控系统的通信方式是其核心技术所在, 通信方式的选择决定了其软硬件设备的架构和选型。
3.3 数据远程传输子系统
⑴数据远程传输子系统组成。数据远程传输子系统数据缓存服务器及相关安全设备组成。数据缓存服务器负责与陆地数据存储子系统实时数据通信以及断点续传, 安全设备用来确保控制网的安全性。其关键在于远传通信方式、路由的选择, 远传通信方式、路由将决定数据远程传输子系统的安全策略。
⑵数据远程传输方案。由于油井远程监测系统与控制网直接相连, 而控制网是整个海上平台生产控制枢纽, 一旦控制网出现异常或故障将直接影响到正常生产, 甚至导致海上平台停产。因此, 数据远程传输方案的设计必须以确保控制网的安全性和稳定性不受影响为前提。
⑶实时数据完整性。为确保数据的完整性, 数据实时采集系统将实现断点续传功能。在通信链路中断恢复后, 自动将断点后数据恢复到实时数据库, 以保证数据的完整性。
3.4 数据存储子系统
数据存储子系统主要负责对海上平台油井生产实时数据的存储和管理, 并提供实时数据采集系统的数据访问接口, 实现与“远程监测、分析系统”的数据交互, 其核心是实时数据库系统。
4 总结
油井远程无线监控系统 篇5
在油田生产运行过程中,经常出现油井阀门被打开偷盗原油的情况。 现阶段,油井阀门采用机械式防盗密码锁,只要人工通过多次拨动密码开关,很快就可以验证出密码,盗油者还能够修改密码,导致工作人员打不开阀门。 同时,这也会致使现场原油污染,甚至出现安全事故,给油田生产造成巨大损失。
本文采用两级无线传感技术, 对传输数据采用DES数据加密算法,现场防盗箱装置外部无外露破坏点, 只能通过两级无线传感网络内部将中控锁打开后,阀门才能开启。 系统采用Zig Bee、GPRS无线传感网络通信进行数据传输,使调度中心能够实时掌握防盗箱的状态,保障了油田生产安全,完善了油田中偏远油井的远程生产管理。
1系统整体设计
基于两级无线传感技术的油井阀门防盗系统主要由监控中心平台软件、无线通信网络、防盗箱装置、 无线手持终端四部分构成,如图1所示。 在油田边远油井各个生产现场阀门上安装防盗箱装置,防盗箱内部集成Zig Bee、GPRS两级无线通信传感模块,无线手持终端设备内置Zig Bee基站模块。工作人员打开无线手持终端Zig Bee基站模块,现场防盗箱装置扫描到基站模块后进行组网通信。 手持终端搜索到防盗箱装置后,工作人员选择防盗箱进行开锁申请。 防盗箱装置收到开锁指令后, 将开锁请求信号通过无线GPRS单元模块发送到防盗监控中心平台软件,监控中心平台接收到开锁命令后提示调度人员有开锁请求指令,调度人员根据派工单进行核对,符合要求后将开锁指令信号通过GPRS下达到申请开锁的防盗箱装置, 防盗箱设备接收到合法指令后控制中控锁进行开锁,并发出提示声音提醒现场人员防盗箱已经打开,可以进行下一步工作。
防盗箱装置安装在野外,现场无电源设备,采用蓄电池对设备供电。 因此,防盗箱对于电源能耗管理、 稳定性要求较高, 同时对于通信指令要进行安全加密,防止非法用户开启。
2硬件系统设计
在阀门防盗系统中,主要硬件为现场防盗箱装置和无线手持终端。 无线手持终端中的内部设计大部分和防盗箱装置设计相同。 下面主要介绍防盗箱装置的设计方法。
防盗箱设备主要由电源管理模块、 微处理器、控制模块、 采集模块、GPRS模块、Zig Bee模块以及中控锁组成。 系统供电采用12V锂电池;处理器选用16位低功耗单片机MSP430F249;GPRS和Zig Bee无线传感模块都采用低功耗的集成模块,并通过电源管理控制模块的供电电路,从而达到最低功耗;采集模块由行程开关和振动传感器构成,控制模块由中控锁驱动电路、蜂鸣器驱动电路构成。 防盗箱设备硬件电路结构如图2所示。
2.1 MSP430低功耗设计
油井井口一般情况下每天拉油一次,其它时间处于关闭状态,现场无电源供电,依靠蓄电池供电并定期进行更换维护。 因此,在系统设计时要重点考虑蓄电池使用时间长度,尽可能地延长蓄电池更换维护时间。 因此,设计选择低功耗微控芯片MSP430F249,并对功耗消耗较大的Zig Bee无线模块和GPRS无线模块设计了电源开关。
MSP430F249芯片有5种低功耗模式,MSP430的时钟信号MCLK (CPU)、SMCLK、ACLK和DCO振荡器处于不同的关断状态。 MSP430进入低功耗状态后, 其I/O口状态、 寄存器状态以及RAM的状态都会保持。 MSP430的唤醒则是通过中断的方式实现的,不同的状态下可以利用不同的中断源唤醒。 设计采用定时中断唤醒方式,使用低功耗模式LPM3。
不管是Zig Bee还是GPRS无线模块, 在使用过程中都需要通过高频发射、接收单元完成数据传输。 在发送数据时, 近距离传输Zig Bee无线传感模块的电流平均20m A,GPRS无线模块电流平均150m A,是设备运行时主要的功耗消耗单元。 为了更好地节电, 在电路中为无线模块设计了电源开关,如图3所示。 对于夜晚不可能进行开阀门的时候, 采用电源开关关闭两个无线模块单元, 能够最大程度地减小电池消耗。 白天需要开启阀门时,打开电源开关,进行数据通信; 关闭阀门时则通过休眠控制对无线模块进行休眠处理。
2.2无线传感模块电路设计
Zig Bee无线传感模块采用低功耗F8913D无线模块,模块和MSP430串口连接。 手持设备通过F8913D模块和防盗阀门内F8913D模块配对通信。 双方通过加密协议进行通信,确认开锁命令。
在防盗阀门控制电路中采用GPRS远程无线传感模块对开锁命令进行遥控控制, 远程模块采用LDM6010模块和MSP430F249串口进行连接。 当防盗阀门受到无线手持终端Zig Bee无线开阀门命令后,唤醒LDM6010向控制中心发送请求开阀命令, 控制中心根据派单情况对现场进行确认, 发出开阀门命令, 现场阀门打开。 GPRS通信采用DES加密方式,防止非法盗油分子破解。
2.3中控锁电机驱动电路设计
防盗系统使用微型中控锁, 需要设计驱动电路控制中控锁的开启和关闭。设计采用8050和8550对管构成的H桥对中控锁电机正反转进行驱动。 中控锁驱动电路原理如图4所示,使用MSP430F249的开锁控制引脚输出高电平,关锁控制引脚输出低电平, 即OUT2为高电平、OUT1为低电平时,Q2、Q5导通, Q1、Q6关闭, 电机正转, 中控锁打开; 使用MSP430F249的关锁控制引脚输出高电平,开锁控制引脚输出低电平,即OUT1为高电平、OUT2为低电平时,Q1、Q6导通,Q2、Q5关闭, 电机反转, 中控锁关闭。 Q3、Q4的作用一是保护,防止H桥一侧的两个管子同时导通(若Q2和Q6同时导通会导致其烧毁); 二是节省了控制端口(H桥本需要4个控制端口,设计2个即可)。
3软件设计
图5为两级无线传感技术的油井阀门防盗系统软件总体流程。 防盗箱和无线手持终端、监控中心平台软件分别建立通信,完成防盗箱的开锁、关锁、状态传递等功能。
3.1无线手持终端软件设计
无线手持终端设备在现场与防盗箱装置通过Zig Bee无线单元进行连接,主要工作是开启基站扫描现场的防盗箱设备,对选择的防盗箱设备发送、接收命令,如开启一级中控锁、关闭防盗箱、接收防盗箱状态信息等。 无线手持终端设备首先进行初始化,配置无线Zig Bee单元模块,开启Zig Bee基站,等待防盗箱入网请求命令,并分配节点网络地址,完成组网。 组网完成后,进入工作状态,传递工作人员的命令到防盗箱并接收防盗箱反馈的信息。
3.2防盗箱软件设计
防盗箱是阀门防盗系统最关键的节点,主要工作为接收无线手持终端一级开锁命令,申请二级开锁命令,完成防盗箱开锁功能。 防盗箱初始化完成后进入休眠省电模式,定时唤醒,进行Zig Bee网络扫描申请, 发现基站后等待基站命令,当接收到基站发出的开锁命令后,开启一级锁,并初始化GPRS无线模块,申请GPRS无线入网连接到监控中心平台软件并等待监控中心平台软件命令,当收到监控中心二级开锁命令后打开防盗箱。
3.3监控中心平台软件设计
监控中心平台软件是确认现场是否合法开锁的关键, 当接收到现场防盗箱GPRS模块请求开二级锁命令时,提示工作人员核对派工单,确认派工信息、派工时间等是否正确。 信息合法时,发送可以开启二级锁命令;当信息不合法时进行报警提示并发送关闭防盗箱命令。
4加密算法设计
在阀门防盗系统中,为防止非法手持设备模拟现场开锁数据,在系统中对通信数据采用了数据加密算法。 本系统针对无线手持终端、防盗箱、监控中心平台软件的通信采用了DES对称加密算法。
为了防止密钥长期不变导致被破解情况,采用动态生产密钥的方式不断对密钥进行更新。 DES密钥管理流程如图6所示,无线手持终端定期到监控中心软件平台进行密钥更新,获得密钥子码,每个注册的防盗箱都有一个唯一的设备编号和密钥子码生产码;无线手持设备将密钥子码传送给防盗箱装置,防盗箱装置根据密钥子码、日期、设备子码生产新的密钥,并通过GPRS无线模块将密钥和监控中心密钥进行验证是否正确。 密钥管理和定期更新,大大提高了系统的安全性。
5结语
本文设计的基于GPRS和Zig Bee无线传感技术的两级油井阀门防盗系统是油田生产现场阀门防盗的一个发展方向, 有效地提高了现场防盗管理水平。 该防盗系统具有防盗系数高、低功耗、稳定性好、实用性强等特点, 已经获得国家发明专利, 目前已在胜利油田广泛应用, 具有较高的实用价值和广阔的应用前景,在油田生产中发挥着极大的作用。
参考文献
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油井远程无线监控系统 篇6
伴随着数字化油田建设的不断推进, 无线通信技术在油田现场数据监测中的应用越来越广泛。由于油田生产现场的自然环境恶劣, 以往采取有线的通信方式成本高, 施工难度大, 而无线通信技术摆脱了线缆的束缚, 具有施工周期短、组网灵活, 可扩展性好、维护方便等优点, 在油田现场数据监测中应用越来越广泛。
目前在油田现场广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、微波、无线网桥及卫星通信等, 而Zig Bee技术作为一种短距离的无线通讯手段, 以其低功耗、低成本、传输速率低、网络容量的等特点, 正好满足油田现场布线的需求, 可以很容易地布建低成本无线网络, 以实现油田现场监测数据的采集传输。
2 Zig Bee的技术特点及优势
Zig Bee技术是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术, 它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。Zig Bee协议从下到上分别为物理层、媒体访问控制层、传输层、网络层、应用层等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定, 而Zig Bee联盟对其网络层协议和API进行了标准化, 同时Zig Bee联盟还开发了安全层, 以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识, 而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
Zig Bee无线网络技术目前开始被广泛用于构建各类无线监控网络。这是由其主要技术优势决定的:
1) 自动组网, 网络容量大。Zigbee网络可容纳多达65000个节点, 网络中的任意节点之间都可进行数据通讯。网络有星状、片状和网状网络结构。在有模块加入和撤出时, 网络具有自动修复功能。
2) 网络时延短。Zigbee的响应速度较快, 一般从睡眠转入工作状态只需15ms, 节点连接进入网络只需30ms, 进一步节省了电能。相比较, 蓝牙需要3~10s、Wi Fi需要3s。
3) 模块功耗低, 通讯速率低。在低耗电待机模式下, 两节普通5号干电池可使用6个月到2年, 免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是Zig Bee的支持者所一直引以为豪的独特优势。Zigbee通讯速度最高可达250Kbps, 适合用于设备间的数据通讯, 不太适合用于声音、图像的传送。
4) 成本低。Zig Bee数据传输速率低, 协议简单, 所以大大降低了成本。且免收专利费。特别是随着Zig Bee技术的日益成熟, Zig Bee的相关芯片价格也大幅度下降, 使得基于Zig Bee技术的相关设备费用大大降低。Zigbee模块工作于2.4G全球免费频段, 故只需要先期的模块费用, 无需支付持续使用费用。
5) 可靠性好, 安全性高。Zigbee具有可靠的发送接收握手机制, 可靠地保证了数据的发送接收, 另Zigbee采用AES128位密钥, 保证数据发送的安全性。
6) 高度的灵活性:基于Zig Bee的设备可以做到灵活的配置, 可以根据使用覆盖距离的不同, 设置功能不同的Zig Bee网络节点, 建立起一个Zig Bee局部自动化监控网络, 同时可以方便的与其他网络相连接, 从而实现低成本、高效率的工业自动化遥测遥控。
同时, 对比目前应用于工业领域的其他短距离无线通信技术, 如蓝牙 (Bluetooth) 、无线局域网 (WiFi) 、无线城域网Wi MAX等, 也可看成Zigbee技术在功耗、组网方面更加适合油田现场的数据无线传输。各项技术的比较见表1。
综上所述, 可以看出Zigbee技术也十分适合油田现场的短距离无线数据传输的数据监测工作。因为:
1) 在油田现场的实际应用中, 各个监测点, 包括油井、管路、计量站等相距距离往往相隔只有几十米到几百米, 使用无线短距离设备用于现场的数据采集经济实用。
2) 在油田现场的实际应用中, , 各个监测点的数据量很小, 一般为几十至几十KB字节, 使用基于Zig Bee的短距离通讯终端完全可以满足要求。
3) 在油田现场的实际应用中, 现场状况复杂且监测点分布比较分散, Zig Bee无线网络技术可以灵活配置构建不同拓扑结构, 能够更好的满足油田现场的需要。
4) 基于Zig Bee无线网络技术设计的短距离通讯终端价格低, 大大降低了实施其他各类远程监测的费用。
3 Zigbee技术在油井翻斗计量远程监测系统中的应用
油井的单井计量是采油生产中的重要工作, 而称重式的翻斗计量装置是目前油田进行油气计量, 特别是稠油计量的主要方式。其原理就是通过进油口的原油经分离器装入料斗, 特制的两个独立的料斗交替接到、排出原油, 称重传感器便会从料斗上检测到重量随时间变化的曲线, 利用积分计算及特殊的修正方法, 即可得到累计流量, 经过换算即为油井的日产量。在以往的计量过程中, 计量数据在经过现在PLC采集后, 通过RS485总线方式进行传输到位于计量站或者采油站的上位机中, 上位机软件对数据处理后, 生成曲线及产量报表。采用这种“一对一”方式的RS-485总线传输方式, 受到现场各方面条件的制约, 如485总线通讯距离、井站周边地理环境对线缆敷设的限制等, 而将短距离无线数据传输技术引入到翻斗计量数据采集系统中, 可以避免上述的各种弊端。
综合考虑可靠性、数据传输实时性、低功耗和成本等各种因素, 本应用采用美国Digi公司的XStream无线调制解调器作为现场短距离通讯终端。具有以下突出特点:工作频率为2.4GHz, 无需授权;该设备具备可切换的RS232/RS485接口, 设备依据参数设置的不同可作为中心节点、路由节点、终端节点使用。通讯可采用透明传输。室外通讯距离在使用高增益天线, 最远可达16KM;工业级产品工作温度-40~85℃, 各项参数均满足油田现场的应用条件要求。
本应用的系统结构设计如图1所示, 将翻斗计量设备的PLC设备与短距离通讯终端通过RS232/RS485串口连接, 通讯终端依据现场监测点布局设置终端类型, 建立现场的短距离数据传输网络, 各翻斗计量设备的数据通过短距离通讯终端最终汇集到位于计量站/采油站的中心节点, 之后再通过RS232/RS485串口线连接到值班房内的数据接收服务器上。数据接收服务器通过轮询的方式采集各个终端传送来的数据, 各监测点数据通过现场PLC的485设备地址区分。监测数据存储在本地的数据库, 各监测点数据经翻斗计量软件处理后实现数据实时显示、曲线及报表生成等工作。
采用短距离通信技术实现翻斗计量设备监测数据的无线传输, 经过现场应用, 系统稳定可靠, 可满足现场实际需求。应用中主要出现的问题就是采用Zigbee设备进行数据传输时, 由于现场情况的不同, 通讯产生的延时不确定, 实时性较有线方式差。实际应用中需依据现场实际通讯情况, 合理调整接收软件的通讯延时以保障通讯质量。
5 结束语
Zig Bee无线网络技术由于其灵活的组网方式, 方便快捷的应用方式, 特别适合油田现场的实际需求。由Zig Bee无线网络技术构建的短距离无线数据监测系统稳定可靠, 相信随着无线传感器网络及油田油气生产物联网建设的不断发展, 必将有力地促进短距离无线网络技术在油田现场的应用, 大大提高油田生产科研中的数据获取能力, 为油田的管理工作提供更加详实的数据资料, 提高油田的生产管理水平。
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油井远程无线监控系统 篇7
另外, 对于3G无线视频监控系统, 能够实时观察需要监控的对象, 尤其是河流, 同时针对需求, 布置监控地点, 还能在移动时候实施监控, 没有时间及地域的约束, 它是灵活而又有效的一种监控系统。
一、无线远程终端系统
1. 系统模块介绍
服务器、手机端WAP网站 (WAP Website) 以及计算机客户端 (MbPC) 三大模块组成该系统。对于服务器, 其进行数据库信息的监控, 在读到新操作指令的时候, 将指令发到计算机客户端以及手机端;对于手机端WAP网站, 其使用户运用手机WAP浏览器进行系统访问, 用户利用有关用户信息进行系统的登录之后, 有关的功能操作能进行, 同时将记录储存于数据库;对于计算机客户端, 其通过接收的指令, 做出处理, 把处理结果报告送到服务器, 在服务器收到其返回的处理结果之后, 随后自动记录到数据库中。
2. 系统实现介绍
服务器进行启动, 同时接到客户端的连接请求。“信息中转站”的服务器程序进行用户信息的监听, 进行事务请求信息的操作, 显现在线用户数量、登录的用户与用户操作命令是否成功。要是“隐藏”被选择, 该程序会自动到后台, 进行运行。要是“修改密码”被选择, 关于管理员的信息能被修改。进行服务器管理员密码的修改, 能对检测客户端在线状态的时间间隔度进行设置。
计算机客户端登录软件系统。对于客户端主界面, 其有四大块, 上部是存放操作的菜单栏, 左侧是便于用户运用的软件功能列表, 右侧为显现操作的有关界面, 在底部, 显现用户状态以及时间。用户经过合法的密码与用户名, 有关操作才能进行。
手机端登录软件系统。手机登录到WAPBrowser界面, 使用密码与用户名进行系统的直接登录。登录成功后, 在“用户操作面板”, 会有“发送操作”、“用户信息”以及“文件下载”功能选项的显示。
此系统的工作流程如下:
⑴手机端 (WAP Browser) 发出关机之类的操作指令, 这些指令保存于数据库 (MS SQL) 内。Mb Pc WorkStation检测出关机的新指令, 将其发到计算机客户端。
⑵计算机客户端接受操作指令, 进行分析处理, 执行关机的指令。随后将成功的执行结果返回MbPc WorkStation。
⑶MbPc WorkStation将收到的成功的结果存在MS SQL。WAP Browser手机端监控到成功的执行结果, 把显示出的结果告知用户。
二、3G无线视频监控系统
1. 系统的功能
对于该系统, 主要有录像与画面捕捉、情况视频监视、防护监视与告警及监视系统管理的这些功能。监视内容主要有监视设备的运行状况等。
2. 系统构成
视频采集端、传输网络以及监控端构成此系统。视频采集单元、视频编码器、无线传输单元以及云台控制单元构成视频采集端;视频服务器以及远程监视终端构成监控端。
视频采集单元:其就是彩色监视摄像机, 合理运用CCD成像原理, 把现场画面变为视频信号;
视频信号传输单元:它用以将摄像机输出的视频信号传输至视频编码模块, 将原视频流实施压缩编码, 随后经过3G无线传输模块接到互联网, 通过互联网传输到视频监控中心服务器;
视频编码单元:它是视频编码器, 将模拟视频信号转换为计算机网络能传送的数字压缩视频流。同时也接受远程监视终端输送的云台控制数据, 依据这些数据, 按照云台控制协议, 变换为云台控制指令, 通过串行通信, 把云台控制指令送至云台解码器;
云台控制部分包括云台控制解码器以及云台。前者经过串行接口与视频编码器进行通信, 接到云台控制指令。按照这些指令, 云台解码器进行对应的控制动作, 根据云台控制接口, 对云台进行控制, 产生对应动作;
视频服务器:可以使远程监视系统的控制、管理及维护得以完成。用户、站点以及摄像机管理、权限控制、参数配置以及系统维护的功能实现。其还支持分布式管理, 同时有着视频转发这一功能;
视频远程监视终端:它保证视频回放的实现。在视频远程监视系统内, 网络传输为压缩视频流, 为保证视频回放, 其一定要有视频解码这一功能。对于视频解码, 其能用硬件与软件解码的方式, 建议运用硬件解码方式。对于视频远程监视终端软件, 其在监视人员和视频监视系统之间, 人机交互界面, 操作人员能运用监视终端进行摄像机、监视点与控制云台的选择。
三、总结
确保手机对计算机进行的远程控制是无线远程终端系统的最大特点, 用户能够在任意地方以及任何时候运用此系统, 不受到空间与时间的约束。该软件系统对手机性能有着较低要求。同时该系统实现的功能也较为强大, 能够将手机作为“无线移动”的计算机终端运用, 既方便又廉价。对于3G无线视频监控系统, 其打破传统视频监控的局限性, 不仅可以进行实时监控, 还能于实际中, 表现出移动灵活的优点, 可以随时随地地实施监控。
参考文献
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油井远程无线监控系统 篇8
近年来,随着信息化进程的加快,计算机网络技术以及无线通讯技术的发展,计算机、服务器等机房的建立十分普遍,如电力、电信、海关、各车间动力机房以及计算机机房等。机房里都有其独立的一套设备,如交换机、服务器、空调设备、发电机等。如今面对如此多的机房及相关设备,传统的人工轮训检查的方式已经无法实现,代之而起的是无人值守的智能远程监控方式。因此,通过合理配置机房环境和设备的监控系统,可以有效提高设备故障的检出速率,做到对设备故障、环境情况及安全性的迅速、准确反应和有目的性的维护,提高维护管理质量,降低维护费用,同时保障系统处于良好的工作状态,从而降低运行成本[1,2]。
本文在了解国内外无人值守机房无线监控系统发展现状和趋势的基础上,结合日照港铁运公司机房现状,研制了基于Lab VIEW的机房远程多机无线监控系统,对机房内的空调、设备电源以及UPS运行情况进行监控,真正实现了机房远程监控。
1 机房远程无线监控系统整体设计
本无线监控系统主要由四部分构成:数据采集模块、数据传输模块、执行机构、后台监控模块。
图1为远程无线监控系统的硬件框图。主要包括数据采集模块(单片机STC12C5A60S2、电压检测模块、温度检测模块)、数据传输模块(GSM/GPRS模块)、执行机构(继电器等)、后台监控模块(监控软件、GSM/GPRS模块)。
在系统的整体设计中,每个区域有自己固定的ID号,ID即设备地址,是系统各主从设备之间通讯的唯一身份代码。各个现场采集的数据经过单片机处理之后通过GSM将数据发送到后台GSM,上位机通过Lab VIEW编写的上位机监控软件将数据从GSM中读出,根据ID号将数据放在对应的区域。同样,后台根据用户所要控制的设备将控制指令和ID号通过后台GSM将数据发送到对应的ID号的设备,从而实现后台对不同区域设备的控制。
设计中,电源模块为单片机、检测电路及GSM通讯模块提供电源;单片机作为整个检测控制系统的核心,负责处理相应电路和传感器采集的数据,并且控制执行机构实现控制要求,另外实行与GSM的通讯;温度采集模块通过高精度的温度传感器实现温度检测;市电电压检测模块则是通过相应的硬件检测电路实现对市电电压的检测;设备电压检测模块是为了判断当前设备的运行状态而设计的;GSM通讯模块实现现场与后台的无线通讯;执行机构则是对用户的控制要求完成执行的模块。此外,为方便用户的操作,在设备上设计现场操作按键[3]。
2 机房远程无线监控系统软件设计
2.1 下位机软件设计
在此系统中,温度检测值会和用户的设定值进行实时比较,当检测值高于用户的设定值时,单片机会通过串口将数据传给GSM,GSM模块会将数据以无线传送给后台的GSM,后台GSM则通过RS232与PC机相连,数据通过PC机串口进入PC机,然后由监控程序对数据进行相应的解码、处理,最后以相应的形式显示给用户[4,5]。
当用户通过后台对现场进行控制时,控制指令按照编码协议首先进行编码,然后由RS232传送给后台GSM,通过GSM发送到现场,现场GSM接收之后将数据送到单片机,由单片机进行解码,完成之后,根据协议控制现场的相应执行机构(继电器)动作,达到控制的目的。
2.1.1 下位机软件设计要求
单片机作为下位机的控制核心,软件设计也是以此为基础,主要实现以下功能:1)实现对相关设备电压检测数据的采集和处理;2)实现对现场温度值的采集和处理;3)实现对执行机构的控制;4)负责与GSM模块之间的485通讯;5)采集按键状态,完成现场操作控制。
2.1.2 下位机监控软件工作流程图
机房远程无线监控系统下位机软件主要包括串口、GSM、定时器初始化;市电电压、UPS电压及设备工作电压的采集及处理;空调启动以及设备开关控制;与GSM模块的通信[7],程序流程图如图2所示。
2.2 上位机监控界面及功能
Lab VIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。被工业界、学术界和研究实验室所广泛接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。Lab VIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。还内置了便于应用TCP/IP、Active X等软件标准的库函数。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器,其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣[6,7]。
利用Lab VIEW建立上位机远程监控系统界面如图3,下面具体介绍具体功能。
(1)空调控制及温度检测
上位机显示由下位机采集发送来的现场温度状况,采用数字和图形控件显示形象准确;此外,用户可以通过点击监控上的相应按钮实现对后台空调的控制以及现场温度的采集,从而实现远程监测和控制,包括:空调电源断电、温度以及控制空调启动。
(2)现场设备开关控制
远程控制现场设备的开关,为保证动作执行后相关执行机构确实完成动作,设计中添加了相应的检测电路,执行机构每次动作完成之后,通过检测电路得到动作后的状态,从而确保动作完成,避免外界环境引起的误操作。
(3)历史数据查看
设计中,为了方便用户查看操作记录及相应的报警信息,设计了基于Access数据库的数据存储模块,该模块用于存储所有的故障报警信息及用户的操作记录。
鉴于数据查看方便,监控中查看的历史数据为最近30天的数据,用户如果需要查看之前的历史数据,则可以从数据库查看,如图4所示。
(4)打印功能
可以打印输出数据库中的报表信息。
(5)用户管理
根据设计要求,系统中的操作指令必须根据操作人员的职权授予不同的使用权限,高级管理人员除具备监测任务之外还具备监控任务,通过输入正确的密码和用户名控制现场设备。
(6)故障报警功能
当监控室温度过高或市电掉电及UPS的电源工作时,监控指示灯会变为异常状态并伴有警报报警,以通知相关人员进行处理。
3 结论
本文提出了日照铁运公司机房远程无线多机监控系统的设计方案,构建了整套监控系统,并进行了相关试验。经过一段时间运行,各个区域的运行状况达到设计要求,性能稳定,成功应用到无人机房监控中。基于Lab VIEW的机房远程多机监控系统具有重要的现实意义,为日照铁运公司节约了大量人力、物力,是现代无线网络技术的重要应用,具有广阔的应用前景。
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