近年來各種數據采集系統、監控系統在油田生產中得到了廣泛應用。油井遠程監控系統數據的準確采集、可靠性、便于維護性成為制約整個系統正常、可靠運行的關鍵，目前抽油機井數據監測普遍選用載荷傳感器、角位移傳感器（或脈沖發生器）、RTU監控器、電參量傳感器等，分別安裝于懸繩器、游梁及控制柜上，各個信號采用有線方式匯集到RTU監控器上。具有成本高、安裝工藝復雜、線纜易損壞、不易防盜、維護工作量大等問題，很難長期可靠的工作。幾百口井以上監控時問題更為突出。　　

　　基于以上情況，華北油田采油工藝研究院積十幾年油井監控工作的經驗并結合當今自控技術的發展水平，提出并研制了以無線和嵌入式技術為基礎，將微處理器嵌入到傳感器和轉發器中，完成了油井工況的測量、轉換、數據處理、無線通訊等功能，實現各種傳感器與RTU之間無線數據傳輸的設計思想。

　　系統構成

　　采用無線技術作為傳感器與RTU之間的通訊方法，將傳感器、變送器、MPU控制器及無線收發模塊組合在一起，構成一體化的微功耗無線智能網絡傳感器，實現生產參數的無線采集。

　　為了保證在正常態情況下工作2-3年，在硬件設計上采用低功耗元器件；在軟件設計上

　　■  無線收發模塊

　　采用世界先進的nRF905半雙工通訊芯片，微功耗10mW，該芯片具有低電源電壓工作1.9-3.6V、多通道工作ETSI/FCC兼容、可軟件調節輸出功率至-10db、“傳輸前監聽”載波檢測協議、數據準備就緒輸出、低功耗ShockBurst工作模式、偵測數據包地址匹配、數據包自動重發、自動產生CRC和數據前導碼等功能，各傳感器之間由地址區分，統一頻點，使得被嵌入的傳感器形成智能微網絡型。　　

　　圖1 硬件結構圖 

圖2 軟件框圖

　　■  無線示功圖測試儀

　　無線示功圖測試儀由載荷傳感器、微功耗MCU─MSP單片機、加速度傳感器、無線收發模塊、電池等組成，可實現示功圖無電纜測試、150井次示功圖數據存儲、油井生產時率計算等功能。對于不同的用途，可以將無線收發模塊改為GPRS模塊，實現示功圖的遠程檢測。硬件結構圖（圖1）和軟件框圖（圖2）如圖所示。
　　

　　圖3 自主研發的數據采集電路

　　■  無線模擬量傳感器

　　在已有傳感器的基礎上加入了自主研發的數據采集電路（圖3），包括儀表電池和數據采集板。該無線模塊可以與壓力變送器、溫度變送器、流量變送器、液位變送器等可輸出4～20mA信號的儀表，或帶有專有通訊協議的儀表進行通訊。

　　■  無線RTU
　　

　　該無線RTU將采集、控制、通訊三種功能合為一體，實現對數據的采集和傳輸，它是整個系統的前端核心。利用自身所具有的開關量和模擬量數據采集接口采集數據，并通過自身所配備的RS232/RS484接口控制工程網版權所有，可以采用有線或無線的通訊方式將數據發送至遠端監控中心，配備專用的通訊軟件可與組態軟件實現無縫連接。

　　RTU的核心是監控器，由微處理器、微功耗無線收發模塊、無線通訊模塊、時鐘電路、存儲電路、接口電路、操作鍵盤及液晶顯示器構成，整體采用SMT表貼工藝集成在電路板上，具有采集模擬量、數字量、指令控制輸出、數據存儲、數據傳輸、顯示及鍵盤設置功能，可以完成油水井所需要的各種操作。主電路板上安裝有微處理器、RS232/485接口電路、無線數據收發模塊、鍵盤顯示電路、數據存儲電路、時鐘電路、USB接口電路及電源電路。硬件結構如圖4所示：

　　圖4  RTU監控器硬件結構圖

　　系統工作時RTU對上位機（測控中心）可以使用光纜、GPRS、CDMA、無線數傳電壓等通訊方式；對下（載荷、位移、油壓、套壓、溫度、流量、報警等）都可無線采集各個傳感器的數據。

　　應用情況

　　華北油田采油工藝研究院開發和研制的該項技術，已在多個油井監控系統中應用。從滿足生產實際需求出發，根據不同的要求構成了不同的數據監控系統。

　　■  抽油機井監控系統

　　油田采油生產自動化監控系統，是以提高油田的現代化管理水平、提高采油生產效率、節能降耗和增強油田可持續發展能力為目的，采集油井電量、電壓、電流、載荷、沖次、沖程、井口壓力、生產時率等生產參數，并自動定時采集和遠程控制采集油井示功圖、電流圖，實現對油井的全面監控，實現無人值守如（如圖5所示）。　　

圖5

　　在系統中，現場所有儀表采用無線數據采集方式，定時將采集的數據傳輸到RTU，通過光纜、無線數傳電臺、GPRS等數據傳輸方式，將數據傳輸到中心控制室，上位機軟件采用WonderWare Intouch9.5人機界面軟件，并配合采研院研制的專有數據通訊。