基于物聯(lián)網(wǎng)的抽油機遠程監(jiān)控系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的

抽油機遠程監(jiān)控系統(tǒng)答辯人：鄭昊2015.11.8目錄項目簡介系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開展工作下步計劃研究潛力項目簡介隨著微機電系統(tǒng)以及無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，作為一種全新的信息獲取與處理模式，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，能夠為許多無人值守和條件惡劣的長期監(jiān)測應(yīng)用（如石油石化過程監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控和戰(zhàn)場監(jiān)視等）提供有效的解決方案。

本項目主要面向油田抽油機的實時監(jiān)控，利用傳感器技術(shù)和ZigBee技術(shù)構(gòu)建無線傳感器數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，并實時、安全、低成本地將監(jiān)測和控制信息經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行遠程傳輸，實現(xiàn)對抽油機運行狀況的監(jiān)測和控制。

本項目運用計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、組態(tài)技術(shù)以及現(xiàn)代軟件工程理論和軟件編程方法等技術(shù)來解決石油工業(yè)信息化中生產(chǎn)信息的智能監(jiān)測與控制，研究成果還可應(yīng)用于各相關(guān)行業(yè)的各種信息化監(jiān)測與控制領(lǐng)域，提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所設(shè)計的抽油機遠程監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯上應(yīng)分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層以及數(shù)據(jù)應(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集層由部署在抽油機及附近的PLC-M340組成，每套PLC采集每個抽油機的各個參數(shù)，然后通過串行通信發(fā)送數(shù)據(jù)到ZigBee網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點。數(shù)據(jù)傳輸層由ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點組成，ZigBee網(wǎng)絡(luò)完成組網(wǎng)后，數(shù)據(jù)由終端節(jié)點發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點，然后協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到PC上位機軟件。數(shù)據(jù)應(yīng)用層為PC上位機軟件，將ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)在上位機軟件中分析、顯示。開展工作1.第一次階段性檢查前完成工作：（1）抽油機及相關(guān)配套硬件知識學習；（2）施耐德PLC-M340軟件配置（在UnityPro軟件上進行）；（3）抽油機系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及控制；（4）自學PCB板繪制。開展工作2.第一次階段性檢查后完成工作：（1）學習串口通信相關(guān)知識，編輯通訊程序，實現(xiàn)PLC與ZigBee模塊進行數(shù)據(jù)通訊，能夠?qū)LC采集到的位移、轉(zhuǎn)速、載荷等數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee模塊。開展工作2.第一次階段性檢查后完成工作：（2）學習ZigBee技術(shù)相關(guān)知識，了解設(shè)備類型和拓撲結(jié)構(gòu)，進行外圍電路及ZigBee網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計，構(gòu)建協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點、終端節(jié)點等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，完成組網(wǎng)。1）ZigBee簡介ZigBee是由IEEE802.15.4協(xié)議發(fā)展而來，根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的ZigBee技術(shù)可以實現(xiàn)設(shè)備之間雙向的無線通信，主要適合于對傳輸距離、數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的工業(yè)現(xiàn)場自動控制和遠程監(jiān)控領(lǐng)域。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，任何兩個無線傳感器節(jié)點之間都是可以相互傳遞數(shù)據(jù)的，兩個無線節(jié)點之間的平均通訊距離75米左右，但是各個節(jié)點支持數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，通過組網(wǎng)的方式可繼續(xù)增加傳輸距離。開展工作2.第一次階段性檢查后完成工作：（2）學習ZigBee技術(shù)相關(guān)知識，了解設(shè)備類型和拓撲結(jié)構(gòu)，進行外圍電路及ZigBee網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計，構(gòu)建協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點、終端節(jié)點等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，完成組網(wǎng)。2）ZigBee核心板ZigBee核心板主要包括ZigBee的專用通信芯片及外圍電路，核心芯片選用的是TI公司的CC2530F256。開展工作2.第一次階段性檢查后完成工作：（2）學習ZigBee技術(shù)相關(guān)知識，了解設(shè)備類型和拓撲結(jié)構(gòu)，進行外圍電路及ZigBee網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計，構(gòu)建協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點、終端節(jié)點等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，完成組網(wǎng)。3）ZigBee網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備類型和拓撲結(jié)構(gòu)開展工作2.第一次階段性檢查后完成工作：（2）學習ZigBee技術(shù)相關(guān)知識，了解設(shè)備類型和拓撲結(jié)構(gòu)，進行外圍電路及ZigBee網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計，構(gòu)建協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點、終端節(jié)點等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，完成組網(wǎng)。4）ZigBee網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計Zigbee工作流程圖協(xié)調(diào)器節(jié)點接收數(shù)據(jù)程序流程圖路由器節(jié)點程序設(shè)計流程圖終端節(jié)點程序設(shè)計流程圖ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器組網(wǎng)流程圖路由器節(jié)點和終端節(jié)點組網(wǎng)流程圖開展工作2.第一次階段性檢查后完成工作：（3）在LabVIEW平臺上編寫上位機監(jiān)控軟件，實現(xiàn)在電腦終端的監(jiān)控，實時顯示抽油機的電機轉(zhuǎn)速、載荷、位移、輸出頻率曲線，顯示轉(zhuǎn)速設(shè)定值、頻率設(shè)定值、Kp、Ti、Td等數(shù)據(jù)，指示燈顯示手動、自動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)狀態(tài)。下步計劃1.對系統(tǒng)進行PLC數(shù)據(jù)采集、ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信、PLC與ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通訊、ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與LabVIEW上位機軟件通訊以及整個抽油機遠程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊等測試，對于出現(xiàn)的問題及時調(diào)試、改進。2.可進一步完善系統(tǒng)，如對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行專門化設(shè)計，刪減不需要的硬件部分，只保