计量间远程监控RTU

杜海江 龚正平 肖国龙 中科院广州电子技术有限公司

计量间远程监控RTU

杜海江 龚正平 肖国龙 中科院广州电子技术有限公司

实现计量间的无人职守及远程数据监控非常必要，也是油田数字化建设的重要标志。RTU是组成数字油田的最基本单元，监控系统采用插卡式设计的RTU，将数据采集与网络数据传输分离，层次分明，可靠性好，便于维护。NAD型RTU软件包括AD卡软件及CPU卡软件两部分。网络传输采用ENC28J60独立以太网控制器，实现了稳定的数据传输，可靠性较高，通信速率也能较好得满足要求。

RTU；计量间；软件；硬件；远程监控

油田计量间作为单井采液的汇聚站，集合有掺水干线、注水干线、回油干线、单井环路等各种管线，每种管线都涉及温度、压力、流量（瞬时、累积）等。实现计量间的无人职守及远程数据监控非常必要，也是油田数字化建设的重要标志。一些科研机构与厂家陆续研发了基于PLC或RTU的计量间远程监控系统。

1 NAD型RTU结构

RTU是Remote Terminal Unit（远程测控终端）的缩写，是组成数字油田的最基本单元，市场前景非常广阔。RTU硬件原理结构见图1。

图1 RTU硬件原理结构

NAD型RTU采用ARM 32位内嵌式处理器为CPU，设计的插卡式、适用于标准机柜的形式，外形为4U标准机箱，包括底板、电源卡、CPU控制卡和7个AD采集卡。CPU控制卡和AD采集卡分别配置显示及按键操作面板；底板包括电源总线、RS485总线、信号接线端子。通过底板的电源总线，电源卡给每块AD卡及CPU卡供电；通过底板的RS485总线，CPU卡与每块AD卡实现通信。AD采集卡包括4～20 mA模拟量输入通道，开关型数字信号通道和RS485地址设定开关。CPU采集卡设计有RJ45网络接口，通过网线与交换机或无线网桥相连，与上位中控计算机采用TCP/IP协议。

2 RTU硬件原理

（1）电源卡40。输入AC 220 V交流电源，通过卡内的电源转换器为所有板卡（AD采集卡、CPU控制卡）提供DC供电电源。

（2）AD采集卡20。通过底板I/O端子11接入多路4～20 mA的标准信号，通过转换电路转成0～2.5 V电压，由板卡内的CPU通过AD采集变换为数字信号，通过底板上的RS485总线将信号传输给CPU控制卡。

（3）CPU控制卡30。通过RS485通信方式与每块AD采集卡轮训通信，将每块AD采集卡当前的4～20 mA模拟转换值及I/O状态值读入CPU卡内；同时，CPU控制卡的RJ45网络接口通过TCP/IP协议将一段时间内的所有AD采集卡的转换数据通过无线网络上传中控室PC监控系统。

（4）AD卡及CPU卡。均采用LPC2136作为CPU。NAD型RTU采集装置应用于油田计量间远程监控系统中，其工作过程如下：RTU通过4～20 mA模拟型传感器或开关型传感器获取油田计量间输油管路温度、压力、流量数据，通过无线网桥（或通过GPRS）上传至控制中心PC。

3 RTU接口软件设计

NAD型RTU软件包括AD卡软件及CPU卡软件两部分。AD卡软件包括初始化模块、AD转换模块、RS485通信模块、显示操作模块；CPU卡软件包括初始化模块、网口数据传输模块、RS485通信模块、显示操作模块。

软件采用TCP/IP协议传输数据，首先将采集的数据打包成符合网络传输的数据帧，此过程按TCP协议的报文格式对欲传输的数据进行封装，封装好后传给网络层。网络层将数据按IP协议的IP包格式分成若干段（即IP包），再传给数据链路层，在这一层将数据流按以太网协议的协议格式分划成一个个的数据帧，再将帧转换为比特数据流在物理网中传输。

设计时采用LPC2136作核心CPU，以ENC28J60作为网络控制芯片，LPC2136与ENC28J60之间通过SPI实现通信,ENC28J60通过RJ45接口HR9011105A接入网络。ENC28J60内置10 Mb/s以太网物理层器件(PHY)及媒体访问控制器(MAC)，可按业界标准的以太网协议可靠地收发信息包。

4 结论

本文所述的RTU已经应用于大庆油田采油七厂，运行可靠、稳定。实时将掺水干线、注水干线、回油干线、单井环路等各种管线的温度、压力、流量（瞬时、累积）近百个参数数据上传中心监控计算机软件系统，实现无人职守，结束了人工抄报数据的历史。采用插卡式设计的RTU，将数据采集与网络数据传输分离，层次分明，可靠性好，便于维护。网络传输采用ENC28J60独立以太网控制器，实现了稳定的数据传输，可靠性较高，通信速率也能较好得满足要求。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.039