1概述
吉林油田物联网建设以”简单、实用、低成本”、“自主研发、自主设计、自主建设、自主运维”为指导方针，近年来吉林油田研发出多款物联网产品，并在采油厂批量安装，得到用户的认可。
2系统架构
抽油机测控仪通过对电动机电压、电流的高速采样，利用数字信号处理器将模拟的电压电流信号计算出数字电测量数据，及时上报到云端中央控制主站系统。 主站系统包括云服务器、工作站及其他网络支撑设备，服务器和工作站可以集中式部署，也可以分布式部署。
抽油机测控仪与云服务器通信采用G PRS/4G的无线公网。
抽油机测控仪可以通过R S485外接角度传感器、载荷传感器等其他I ED(智能电子设备)，配合测控数据实现对抽油机更多数据的采集分析。
如图1，图2所示。3基本原理
电动机使用三相交流工频用电，额定电压有两种规格：220/380V、380/660V，最大电流为100A。如图3所示。 作者简介：蔡晓冬（1979-），男，本科，工程师，研究方向：物联网及网络通信技术、软件开发及维护；窦济林（1991-），男，本科，工程师，研究方向：物联网及网络通信技术、软件开发及维护；宋淼（1985-），女，本科，工程师，研究方向：物联网及网络通信技术、软件开发及维护。
收稿日期：2018-10-14
抽油机测控仪应用
蔡晓冬，窦济林，宋淼
（吉林油田通信公司技术研发部，吉林松原138000）
摘要：2017年，吉林油田通信公司自主研发抽油机测控仪产品，通过抽油机测控仪采集的电参数据的分析，实现了抽油机井下故障和地面配电故障能够进行故障识别提升管理水平。
关键词：数据采集；电参采集；智能控制
图1抽油机抽油机测控仪系统组网图图2抽油机抽油机测控仪外接设备示意图图3交流采样接线示意图
工作站云服务器云服务器
WA N
工作站工作站
抽油机测控一体化终端抽油机测控一体化终端抽油机测控一体化终端抽油机测控一体化终端喊话喇叭 角度传感器（可选）角度传感器
（可选）
角度传感器
（可选）断路器
角度传感器
（可选）
角度传感器
（可选）
角度传感器
（可选）
喊话喇叭
断路器
喊话喇叭
角度传感器
（可选）
角度传感器
（可选）
角度传感器
（可选）断路器断路器
喊话喇叭
角度传感器
（可选）
角度传感器
（可选）
角度传感器
（可选）
抽油机测控一体化终端
角度传感器
（可选）
R S485喊话喇叭
断路器
载荷传感器
（可选）
其他传感器
（可选）
Ua
Ub
Uc
Un
I a
Ib
Ic电动机
抽油机测控一体化终端DOI:10.16184/jkiprg.2019.01.002
根据电工原理，电压、电流、功率等电参量的定义如下：
电压有效值
：，其中u (t )为瞬时电压电流有效值
：，其中i (t )为瞬时电流
瞬时有功功率
：
平均有功功率
：有功电能
：
瞬时无功功率：q (t )=u '
(t)*i (t)，其中u '
(t)是u (t)移
相90°后的波形
平均无功功率
：
无功电能
：
离散化后，数学公式为：电压有效值
：
电流有效值
：有功功率
：无功功率
：视在功率
：功率因数
：
有功电能：Ea n =Ea n -1+U n *I n 无功电能：Er n =Er n -1+U 'n *I n
上述公式中，N 为每次计算的采样点数量，当N =
sps (采样率)时，计算周期为1秒。有功电能和无功电能是实时输出的，每个采样点均累加电能。
三相电动机的接线方式为三相三线，其总功率为
：
因为：I a +I b +I c =0故有：
P z =U a *I a +U b *I b +U c *I c
植物酸奶所以，可以用三相四线方式测量电动机的用电参数，即：
总有功功率：P z =P a +P b +P c
总无功功率：Q z =Q a +Q b +Q c
总是在功率：S z =S a +S b +S c 总功率因数
：
4主要功能
（1）电参数测量
meno2终端能够快速测量电动机的三相电压、三相电流、
三相有功功率、三相无功功率、三相功率因数，以及总有功功率、总无功功率、总功率因数，测量电网频率；
并能实时输出各相正向有功电能、反向有功电能，以及总的正向有功电能、反向有功电能和无功电能；
有功功率：0.2W~80kW ，精度±(0.5%读数+0.2W)
无功功率：0.2W~80kvar ，精度±(0.5%读数+0.2var)功率因数：-0.5L ~1.0~+0.5L ，精度±0.005电网频率：45~55Hz ，精度±0.01Hz 有功电能：1.0级无功电能：2.0级（2）抽油机运动状态识别
识别抽油机是否处于工作状态，并在状态发生改变后上报到云端主站服务器。
（3）越限报警
自动识别欠压事件，发现欠压事件成立或者消失后，自动上报到云端主站服务器。
（4）远程启停井控制
可以远程控制抽油机启井或停井，终端在执行完启停井命令后将执行结果反馈到远程云端主站。多功能电源插座
（5）间抽状态自动运行
汽车空调电磁离合器可以向终端远程下达间抽参数，并命令终端执行间抽指令，终端可以自动按照间抽参数启动抽油机工
作或暂停工作。每次工作状态改变后自动将状态上报到云端主站。
（6）电动机工作曲线记录
可以记录电动机的三相电压、三相电流、三相有功功率曲线，每次最多记录600个点。
（7）平衡率记录
可以在现场手动记录抽油机周期工作特性，并计算平衡率，上报一个完整周期的三相电压、三相电流、三相有功功率曲线数据。
（8）外部传感器的接入
通过R S485接口可以外接角度传感器、载荷传感器
或其他智能设备，扩展高级功能。
（9）在线远程升级
具备软件的远程在线升级功能，为终端添加新功能提供条件。
5实现
终端采用模块化设计，主要包含电源单元、交流采
样单元、G PRS 通信单元、启停井控制单元、传感器通信单元、主控单元、人机对话单元几个部分组成。如图
4所示。
5．1电源单元
取A 相电压作为终端的供电电源，在经过保护电
路之后，采用隔离的A C-DC 模块输出12V 直流电源，其后再使用高频D CDC 电路变换出3.3V 供CPU 等集成电路，变换出4.0V 供G PRS ，使用MO S 开关管可控输出12V 给外部设备使用，通过升压电路输出24V 供喊话提示喇叭使用。 交流输入前端保护电路采用热敏电阻抑制上电浪涌，并且在后级电路过流时起到保护作用；压敏电阻
对暂态过电压保护，并且可以在消除间接雷击浪涌的破坏作用；X 电容和共模电感消除电网上的高频杂波。
在电源输出侧，通过串联适当的自恢复保险，在外部电路将电源短路或者外部用电负载过大时将输出切断，避免影响内部12V 的正常工作。如图5所示。
5．2交流采样单元
三相交流电压采用2mA :2mA 的电流型互感器做
隔离变换，220V 强电电压信号经过220k Ω后，流经互感器初级的电流为1mA ，次级用8.2Ω电阻采样，转换为8.2mV 的小信号，再经过PG A32后放大为262mV 的
小信号；三相交流100A 电流经过电流互感器，变换为
50mA 的小电流信号，经过8.2Ω电阻采样后，也变为410mV 的小信号；信号被16bitADC 数字化后进入D SP
分析处理，得到三相电参数的各项数据。如图6所示。
5．3GPRS 通信单元
GPRS 通信单元主要包括S IM800C GPRS 通信模块、
模块电源滤波和供应电路、通信接口电平匹配电路以及控制电路几个部分。
为了保证G PRS 模块对供电电源的要求，电源上串联有EM I 磁珠，并联了0.1uF 、10uF 、100uF 的电容，并且在模块电源的最近处提供了一个1000uF 的大电容，大大降低了通信模块在发送时的电压下降。如图
7所示。
5．4启停井控制单元
采用两个继电器分别对应启井控制和停井控制，一
图5电源单元原理框图
图6交流采样单元原理框图
图7GPRS 通信时序以及对供电的要求
图4
人机对话单元
数码管、按键、指示灯
U aUbUc IaIbIc
交流采样单元
启停井控制单元
O N
OFF 主控单元
G PRS
通信单元
C LOUD
Server 传感器通信单元
R S485
传感器
220VAC
380VAC 电源单元
A CDC DCDC
12VDC 24VDC
R T
交流输入
100-456V
RV
CX L
AC-DC
直流12V
为CP U 、D SP 、EEP -R OM 、F LASHRAM 等供电
为G PRS 模块电路供电
对外供电
喇叭供电
G ND
V12
V12
10K
MOS
FUSE 200mA EX12V PWROUT
GND GND
100K
5.1K
GND
GND
V12C
TP S563201
2.2uH3A
3.3V
100uF/16V
9.1K
30K 0.768V
EV SW
VIN VBST GND VFB
TPS563201EV
SW
VIN VBST GND VFB
V 12
C
GND
GND
0.768V
4.7K
玩具滑翔机制作20K 2.2uH3A 4.0V
100uF/16V
V 12
10uH2.2A
FUSE
500mA
10K
G ND
GND GND
S D62B 10uF/50V
C6P EX24V
8.2K
300K 0.6V IN
EN
FB
NC 交流电压220V
交流电流100A
32
倍
增益
低通滤波
低通滤波
16bitADC
16bitADC
Ua Ub
Uc
Ia
Ib Ic
DSP
410mV
262mV
8.2
8.2220K
577us
I V BAT
V BAT
定做三洋注塑机射咀头
4.615ms
Burst:2A
Max:350mV
(下转第27页
)
个手动开关可以关闭继电器驱动线圈的电源，设备检修或者设备故障时将开关拨至停用，设备的启停井控制失效。如图8，图9所示。
5．5传感器通信单元
与传感器通信采用R S485方式，终端提供独立的两
路R S485物理通道，每个通道均有浪涌、静电和过压保护。如图10所示。
6下一步目标
（1）实现角度传感器和载荷传感器数据采集。（2）丰富越限报警事件，比如过载、功率因数偏
低等。
7
结语
抽油机测控仪已经在吉林油田进行了批量安装，不
仅能够进行井下故障和地面配电故障识别；而且结合电参数据的分析利用，转变了抽油机平衡调整观念，在功率平衡法的基础上，以反向做功的多少为依据精细化调
整抽油机平衡，取得了较好的节电效果；结合电参数据的分析利用，实现了部分地面效率数据的实时在线测量，对发现的功率因数偏低井进行及时应用无功功率补偿措施，对部分失磁电机及时更换或者进行充磁处理，进一步提升了抽油机节电管理水平。
参考文献
[1]蓝永林.交流电能计量.2版.中国质检出版社,2011.[2]舒开旗，刘建华.电能计量新技术与应用.中国电
力出版社,2010.
[3]李宁，袁铁江，孙谊媊，栗遇春，等.电能计量大
数据及应用.中国电力出版社,2017.
图9启停控制电路接线图
图8启停继电器电路原理图
拨动开关
启用V12
跳闸控制
合闸控制
停用
R ELAYOFF R48P
4.7K
R45P 100
R46P
100D11P
IN4148
R50P
100K GND
8050
Q14P COM
RELAYON
NC
J2P JDQ R47P 4.7K
R49P 100K GND
8050
Q13P COM D10P IN4148
J1P JDQ
R44P 100
R43P 100NO 断路器（空开）
380V 交流
接触器
控制
控制
接负载接负载
接负载
N C
自复位开关
C M
控制开或关
控制开或关
N O
断路器（空开）
自复位开关
图10RS485通信接口及保护电路
M AX485
4.7K
4.7K
SMBJ6.5CA SMBJ6.5CA
GND
GND
GND
485B-
485A+
SMBJ6.5CA
GND
V5
TXD
RXD
TXEN D
GND
B A DE RE
R VCC 4结语
（1）本消息分发器适合任意指针类型的消息。传统
的实现方法是利用类的派生：先给出一个消息基类，然后每增加一种类型消息，就需要派生一个子类型，孰优孰劣一看可知。
（2）本消息分发器不要求订阅者派生于任何接口基类，只要求你有合适类型的函数（参数类型相同，返回类型为b ool ）即可。这一点有时是非常重要的，强迫别人派生于某个接口不是最好的实现。
（3）本消息分发器是一种进程内同步消息机制，这对很多应用程序中是很有用的。远程或者异步消息分发
需要采用其他实现技术。
（4）通过更多的技巧，消息类型还可以拓展到不仅是支持指针，还支持对象、引用的传递。
参考文献
[1]祁宇著.深入应用C ++11：代码优化与工程级应用.
机械工业出版社,2015.
[2]Michael Wong ，I BM XL.深入理解C ++11：C ++11
新特性解析与应用.机械工业出版社,2013.
[3]Stanley B.Lippman ，J os ée Lajoie ，Bar bara E.Moo.
C++Primer 中文版.5版.王刚，杨巨峰，译，电子工业出版社,2013.
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
(上接第11页
)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议