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        計(jì)量間遠(yuǎn)程監(jiān)控RTU

        2014-03-21 01:23:03杜海江龔正平肖國(guó)龍中科院廣州電子技術(shù)有限公司
        油氣田地面工程 2014年1期
        關(guān)鍵詞:控制卡采集卡以太網(wǎng)

        杜海江 龔正平 肖國(guó)龍 中科院廣州電子技術(shù)有限公司

        計(jì)量間遠(yuǎn)程監(jiān)控RTU

        杜海江 龔正平 肖國(guó)龍 中科院廣州電子技術(shù)有限公司

        實(shí)現(xiàn)計(jì)量間的無(wú)人職守及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控非常必要,也是油田數(shù)字化建設(shè)的重要標(biāo)志。RTU是組成數(shù)字油田的最基本單元,監(jiān)控系統(tǒng)采用插卡式設(shè)計(jì)的RTU,將數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸分離,層次分明,可靠性好,便于維護(hù)。NAD型RTU軟件包括AD卡軟件及CPU卡軟件兩部分。網(wǎng)絡(luò)傳輸采用ENC28J60獨(dú)立以太網(wǎng)控制器,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸,可靠性較高,通信速率也能較好得滿(mǎn)足要求。

        RTU;計(jì)量間;軟件;硬件;遠(yuǎn)程監(jiān)控

        油田計(jì)量間作為單井采液的匯聚站,集合有摻水干線(xiàn)、注水干線(xiàn)、回油干線(xiàn)、單井環(huán)路等各種管線(xiàn),每種管線(xiàn)都涉及溫度、壓力、流量(瞬時(shí)、累積)等。實(shí)現(xiàn)計(jì)量間的無(wú)人職守及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控非常必要,也是油田數(shù)字化建設(shè)的重要標(biāo)志。一些科研機(jī)構(gòu)與廠(chǎng)家陸續(xù)研發(fā)了基于PLC或RTU的計(jì)量間遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

        1 NAD型RTU結(jié)構(gòu)

        RTU是Remote Terminal Unit(遠(yuǎn)程測(cè)控終端)的縮寫(xiě),是組成數(shù)字油田的最基本單元,市場(chǎng)前景非常廣闊。RTU硬件原理結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

        圖1 RTU硬件原理結(jié)構(gòu)

        NAD型RTU采用ARM 32位內(nèi)嵌式處理器為CPU,設(shè)計(jì)的插卡式、適用于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的形式,外形為4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱,包括底板、電源卡、CPU控制卡和7個(gè)AD采集卡。CPU控制卡和AD采集卡分別配置顯示及按鍵操作面板;底板包括電源總線(xiàn)、RS485總線(xiàn)、信號(hào)接線(xiàn)端子。通過(guò)底板的電源總線(xiàn),電源卡給每塊AD卡及CPU卡供電;通過(guò)底板的RS485總線(xiàn),CPU卡與每塊AD卡實(shí)現(xiàn)通信。AD采集卡包括4~20 mA模擬量輸入通道,開(kāi)關(guān)型數(shù)字信號(hào)通道和RS485地址設(shè)定開(kāi)關(guān)。CPU采集卡設(shè)計(jì)有RJ45網(wǎng)絡(luò)接口,通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)與交換機(jī)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋相連,與上位中控計(jì)算機(jī)采用TCP/IP協(xié)議。

        2 RTU硬件原理

        (1)電源卡40。輸入AC 220 V交流電源,通過(guò)卡內(nèi)的電源轉(zhuǎn)換器為所有板卡(AD采集卡、CPU控制卡)提供DC供電電源。

        (2)AD采集卡20。通過(guò)底板I/O端子11接入多路4~20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)成0~2.5 V電壓,由板卡內(nèi)的CPU通過(guò)AD采集變換為數(shù)字信號(hào),通過(guò)底板上的RS485總線(xiàn)將信號(hào)傳輸給CPU控制卡。

        (3)CPU控制卡30。通過(guò)RS485通信方式與每塊AD采集卡輪訓(xùn)通信,將每塊AD采集卡當(dāng)前的4~20 mA模擬轉(zhuǎn)換值及I/O狀態(tài)值讀入CPU卡內(nèi);同時(shí),CPU控制卡的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口通過(guò)TCP/IP協(xié)議將一段時(shí)間內(nèi)的所有AD采集卡的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上傳中控室PC監(jiān)控系統(tǒng)。

        (4)AD卡及CPU卡。均采用LPC2136作為CPU。NAD型RTU采集裝置應(yīng)用于油田計(jì)量間遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中,其工作過(guò)程如下:RTU通過(guò)4~20 mA模擬型傳感器或開(kāi)關(guān)型傳感器獲取油田計(jì)量間輸油管路溫度、壓力、流量數(shù)據(jù),通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋(或通過(guò)GPRS)上傳至控制中心PC。

        3 RTU接口軟件設(shè)計(jì)

        NAD型RTU軟件包括AD卡軟件及CPU卡軟件兩部分。AD卡軟件包括初始化模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、RS485通信模塊、顯示操作模塊;CPU卡軟件包括初始化模塊、網(wǎng)口數(shù)據(jù)傳輸模塊、RS485通信模塊、顯示操作模塊。

        軟件采用TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù),首先將采集的數(shù)據(jù)打包成符合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀,此過(guò)程按TCP協(xié)議的報(bào)文格式對(duì)欲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行封裝,封裝好后傳給網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)按IP協(xié)議的IP包格式分成若干段(即IP包),再傳給數(shù)據(jù)鏈路層,在這一層將數(shù)據(jù)流按以太網(wǎng)協(xié)議的協(xié)議格式分劃成一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)幀,再將幀轉(zhuǎn)換為比特?cái)?shù)據(jù)流在物理網(wǎng)中傳輸。

        設(shè)計(jì)時(shí)采用LPC2136作核心CPU,以ENC28J60作為網(wǎng)絡(luò)控制芯片,LPC2136與ENC28J60之間通過(guò)SPI實(shí)現(xiàn)通信,ENC28J60通過(guò)RJ45接口HR9011105A接入網(wǎng)絡(luò)。ENC28J60內(nèi)置10 Mb/s以太網(wǎng)物理層器件(PHY)及媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器(MAC),可按業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包。

        4 結(jié)論

        本文所述的RTU已經(jīng)應(yīng)用于大慶油田采油七廠(chǎng),運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。實(shí)時(shí)將摻水干線(xiàn)、注水干線(xiàn)、回油干線(xiàn)、單井環(huán)路等各種管線(xiàn)的溫度、壓力、流量(瞬時(shí)、累積)近百個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)上傳中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守,結(jié)束了人工抄報(bào)數(shù)據(jù)的歷史。采用插卡式設(shè)計(jì)的RTU,將數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸分離,層次分明,可靠性好,便于維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)傳輸采用ENC28J60獨(dú)立以太網(wǎng)控制器,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸,可靠性較高,通信速率也能較好得滿(mǎn)足要求。

        (欄目主持 關(guān)梅君)

        10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.039

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