油井远程智能监控主控系统

摘 要

本文提出了一种智能远程油井监控 控制系统的原理和硬件和软件组成和实现方法。该方法具有多种链路方式，上层采用MODBUS串行或MODBUS_TCP协议，并提供MODBUS网关功能。该控制方式应用于智能远程油井监控仪上。

【关键词】远程监控 MODBUS 智能油井

采油监控是油田开发面临的一项重要工作。人工定时检查需要耗费大量人工，且不能保证实时性和准确性。油井远程监控系统能实现现场数据的实时采集和数据分析，通过远程下达指令实现控制功能，对分布广泛的生产现场实现网络化。油井参数采集要求系统支持长距离传输，可靠性和可维护性要求高，轮询响应时间快、通讯系统速率高，系统的兼容性和开放性高，可M行可靠扩容。

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

[1]董明明，孙万蓉等.基于RTU油井远程测控系统的数据采集与传输层软件设计[J].物联网技术，2012，02（02）.

[2]孙殿新.油田生产监控管理系统[J].石油仪器，2003，17（04）.

[3]张建军，王蓉.油田油井远程自动化监控技术方案的研究[J].自动化应用，2010（09）.

[4]董明明，孙万蓉等.基于RTU油井远程测控系统的数据采集与传输层设计（硕士学位论文）[D].西安：西安电子科技大学，2010.

作者单位

武汉海王机电工程技术公司 湖北省武汉市430064