抽油机智能监控设备的设计与实现

论文摘要

本课题针对自动化和网络化的需求,设计了一种抽油机智能监控设备,并由此构建了一个抽油机智能远程监控系统。为保证抽油机工作的可靠性,本文研制了一种基于Cortex-M3内核的32位微处理器的抽油机智能监控设备。该设备通过高精度计量芯片ATT7022B对抽油机驱动电动机的三相电压、三相电流、功率、电能等参数进行采集,以微处理器STM32为核心进行数据处理,实现对抽油机工作状态的监控,并可在出现故障时自动切断驱动电动机的电源对抽油机进行保护。该设备还可将出现故障时的工作电压、三相电流值保存下来,作为日后故障诊断及故障排除的依据。该设备采用了RS485通讯接口,MODBUS通讯协议,通过上位机组态软件,可实现对终端设备的远程监控。同时,设备具有GPRS功能,利用手机短消息对抽油机的起停和运行状态进行检测控制。经现场试验,运行情况良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 抽油机远程监控系统的发展过程及其现状
• 1.3 研究内容及论文安排
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文安排
• 第二章 总体方案设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.2.1 系统实现的功能
• 2.2.2 抽油机井口需求功能
• 2.2.3 故障诊断功能
• 2.2.4 监控机功能
• 2.2 系统设计原则
• 2.2.1 可靠性
• 2.2.2 可扩充性
• 2.2.3 调试和维护方便
• 2.2.4 模块化结构设计
• 2.2.5 易管理性和易操作性
• 2.3 系统结构
• 2.4 芯片选型
• 2.4.1 CPU选型
• 2.4.2 计量芯片的选择
• 2.5 EDA设计工具AltiumDesigner软件介绍
• 2.6 本章小结
• 第三章 抽油机智能控制系统的远程通信的实现
• 3.1 RS485通讯
• 3.1.1 通讯方式
• 3.1.2 RS485通讯接口
• 3.1.3 通讯参数的设定
• 3.1.4 校验方式
• 3.2 MODBUS通信协议
• 3.2.1 MODBUS通协议简介
• 3.2.2 在MODBUS网络上传输
• 3.2.3 询问-应答周期
• 3.2.4 传输模式
• 3.2.5 MODBUS消息帧
• 3.2.6 检错
• 3.2.7 字符的连续传输
• 3.2.8 从站地址
• 3.2.9 下位机与上位机之间的通讯
• 3.3 短消息业务
• 3.3.1 短消息业务的定义及特点
• 3.3.2 SMS短消息体系结构
• 3.3.3 SMS短消息发送和接收模式
• 3.3.4 短消息的收发
• 3.4 本章小结
• 第四章 抽油机智能监控设备的硬件设计
• 4.1 抽油机智能监控设备的硬件电路设计
• 4.2 主控模块的设计
• 4.2.1 开关量输入与状态显示
• 4.2.2 继电器控制电路
• 4.2.3 存储器电路
• 4.2.4 调试测试接口
• 4.2.5 RS485通讯电路
• 4.3 计量采集模块电路的设计
• 4.3.1 功能简介
• 4.3.2 ATT7O22B模拟输入电路设计
• 4.3.3 计量单元接口设计
• 4.4 无线收发模块设计
• 4.4.1 西门子MC55简介
• 4.4.2 电源及启动电路
• 4.4.3 模块接口
• 4.4.4 状态指示灯
• 4.4.5 SIM卡接口部分设计
• 4.5 键盘与液晶显示电路
• 4.5.1 按键电路
• 4.5.2 液晶显示电路
• 4.6 电源模块电路设计
• 4.7 PCB板的设计
• 第五章 抽油机智能控制系统的软件设计与实现
• 5.1 系统软件的整体设计
• 5.2 编程语言和开发环境keil介绍
• 5.2.1 汇编语言与C语言比较
• 5.2.2 keil介绍
• 5.3 主程序设计
• 5.4 三相电参数采集模块设计
• 5.5 RS485通讯模块
• 5.6 无线通讯模块
• 5.7 监控中心系统软件介绍
• 5.7.1 监控中心软件功能分析
• 5.7.2 监控中心软件设计截图
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究生在读期间研究成果