嵌入式系统在抽油机无线监控中的运用探析

董云峰

（大庆师范学院 机电工程学院，黑龙江 大庆 163712）

对于油井生产而言，监控是十分重要的一项工作，经由对油井一系列参数进行实时掌握，有助于操作人员实现对油井当前工作状况的有效掌控。就该部分参数而言，其包括有回压、套压、位移量等组成的电流电压功图、液面曲线等。而在实践操作中，受该部分参数较为分散及交通条件有限影响，使得操作人员开展监控面临不小的难度，并且还会很大程度上提升采油成本。伴随近年来移动通信技术的迅猛发展，信息技术在诸多行业领域得到广泛推广，针对嵌入式系统而言，其一方面可提供可靠的信息数据传输及短信息服务，一方面无需投入大量的经济成本。嵌入式系统的出现，为我国地处偏远的抽油机无线监控工作创造了极大的便利。由此可见，对嵌入式系统在抽油机无线监控中的运用开展研究，有着十分重要的现实意义。

1 嵌入式系统概述

嵌入式系统是一种完全嵌入手控器件内，为相关应用而制作的特定计算机系统，可实现对诸如装置、机器、工厂等各式各样设备的控制或监视。广义上而言，嵌入式系统指的是紧紧围绕应用，将计算机技术作为前提，软件、硬件可实现裁剪，适用于应用系统对可靠性、功能、功耗、成本等要求的特定计算机系统。一般情况下，嵌入式系统属于一类控制程序存储于ROM中的嵌入式处理器控制板。结合实际情况而言，各式各样具有数字接口的设备，好比汽车、照相机、手表等，均运用了嵌入式系统，部分嵌入式系统还涵盖了操作系统，不过大部分嵌入式系统均是由单个程序实现全面控制逻辑。嵌入式系统的重中之重是由一个或者若干个事先编程完毕用以执行相关任务的单片机或微处理器组成。有别于传统计算机可运行用户自主选择的软件，嵌入式系统上的软件往往是暂时固定的，因而亦可称之为“固件”。

2 嵌入式系统在抽油机无线监控中的运用

全面石油企业在当前社会发展形势下，要紧紧跟随社会前进步伐，不断开展改革创新，强化对国内外成功发展经验学习借鉴，切实推进嵌入式系统在抽油机无线监控中的科学合理运用，如何进一步促进抽油机的安全有序运行可以将下述内容作为切入点。

2.1 系统组成、设计

嵌入式系统在抽油机无线监控中的运用，可将抽油机无线监控系统划分为三个模块，分别为抽油机现场终端控制模块、无线通信模块以及监控中心数据处理模块。具体而言：

（1）抽油机现场终端控制模块。该模块处在系统中下位机位置，核心微处理器定时对抽油机动力源电机一系列参数进行收集，包括电流、电压、位移、载荷等，然后调节数字模拟信号转换器将模拟信号转换为数字信号，再借助GPRS无线通信技术将数据传输至上位机开展存储显示、处理，而上位机呈现的示功图可为判断抽油机有序抽油与否提供有效依据。

（2）监控中心数据处理模块。该模块主要用以接收下机位传输来的有关抽油机动力源电机的一系列参数，包括电流、电压、位移、载荷等，通过分类并存储于数据库中，为操作人员开展抽油机运行状况分析提供可靠依据，并且对监控中心还设计有完备的人机交互界面，基于VB语言开发平台，操作人员经由人机交互界面可实现对抽油机一系列参数的实时查看，并且还可查看各个时段的示功图。

（3）无线通信模块。抽油机无线监控系统设计过程中，可借助GPRS数据通信技术开展远距离的信息数据传输。作为一种基于GSM技术发展而来的无线传输技术，GPRS主要为GSM用户提供了形式分组的数据技术。GPRS选取了与GSM相同的无线调制标准、相同的突发结构、相同的频带及相同的时分多址帧结构等。此类全新的分组数据信道与现阶段电路交换话音业务通信存在一定相似度。所以，原本的基站子系统起初便可实现GPRS的全面覆盖。在GPRS支持下，用户可实现在端到端分组转移条件下的信息数据传输、接收，而无需借助电路交换模式的网络资源，进一步生成一种低成本且高效的无线分组数据业务。值得一提的是，其尤为适用于海量数据传输、实时性要求高的情况。GPRS实现了用户与信息数据网络相互间的有效连接，为用户提供安全、高效的无线IP及X2.5服务。其借助分组交换技术，每一位用户可不受时间限制地对不同无线信道进行占用，相同一个无线信道还可供由不同用户共享，进一步达成信息数据共享的目的。GPRS具备下述3项优势：①全天候在线，运用GPRS开展信息数据传输、接收过程中，用户不需要为每次信息数据访问获取呼叫连接，可实现全天候在线；②高速传输，信息数据传输速率每秒钟可达到160Kbps；③成本较低，依据信息数据传输、接收量仅需计费，针对信息数据量庞大的用户，还可选取包月服务。

2.2 系统原理

本次抽油机无线监控系统中核心处理器运用了S3C2440，一方面实现了对下位机中动力源电机各项参数的收集、处理、呈现，另一方面还借助GPRS无线通信技术对信息数据开展传输、接收。本次系统主要优点特征在于操作便捷、可实现长时间的有序运行。结合实际要求还运用了检测范围在0～150KN之间的载荷传感器，还选取了电流传感器、电压传感器，将输出相关信号经由微处理器转化为可处理的数字信号，并通过液晶显示器进行呈现。上位机监控中心选取微机开展数据存储、处理、生成示功图，操作人员经由人机交互界面可实现对不同时段示功图的实时查看，也就是抽油机悬点荷载与位移转变状况密切相关，经由查看示功图闭合曲线图，可实现对抽油机有序运行与否进行评定。综上，本次研究结合抽油机工作实际情况，设计出一个集信息数据收集、无线监控、信息数据存储以及信息数据查询等于一体的无线监控系统，可实时将信息数据传输至监控中心开展分析处理，实现对示功图的呈现功能。经由对示功图的查看、分析，可掌握抽油机悬点荷载随位移转变情况，进一步评定抽油机各项参数调节相符与否及抽油机运行状况。

2.3 系统功能实现

本次系统有效实现了现场监控终端对抽油机设备一系列参数的收集、分析及液晶显示器呈现，通过数字模拟信号转换器转换的数字信号经由GPRS无线通信技术传输至上位机监控中心，监控中心对该部分信息数据开展接收、存储并可呈现抽油机在一个冲程内油杆上冲量随位移转变的示功图，并且还可对抽油机引发的故障提出实时警示。通过现场监控终端还可获取抽油机其他故障信息，并在一经检测出相关故障信息后，并通过微控制器迅速调节继电器开关停止抽油机运转。如此一来，可极大水平缩减操作人员的工作负担，促进抽油机的安全有序运行。

3 结语

总而言之，依托先进技术对油井、管线等开展集中监管，是现阶段石油企业提高产量、缩减生产成本、提升工作效率的必经之路。鉴于此，石油企业相关人员务必要极大研究力度，提高对嵌入式系统内涵特征的有效认识，强化对嵌入式系统在抽油机无线监控中的科学合理运用，积极促进抽油机的安全有序运行。

［1］冯庆春.GSM无线监控在抽油机管理上的应用［J］．化学工程与装备，2016，13（7）：144－145．

［2］杨京，梁华庆，曹旭东，等．基于嵌入式处理器STM32的抽油机井实时监控系统设计［J］．电子设计工程，2015，23（4）：179－183．