基于zigbee油井载荷监测系统设计

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1、基于ZigBee油井载荷监测系统设计　　摘要：阐明了在油井作业过程中油杆载荷测量的必要性，并针对一般油田地区环境的特殊性，提出了采用基于ZigBee技术的无线监控系统，既解决了复杂的现场布线、地理环境干扰、组网困难、扩展性差等问题，又实现了低功耗、低成本的远程无线监控，这对油井抽油杆的故障判断和油田的高效生产管理有着重要意义。关键词：油井；载荷监测；ZigBee；无线监控中图分类号：TN911?34；TP29文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）03?0094?03DesignoftheZigBee

2、?basedloadmonitoringsystemforoilwellSUNYao?jie，MAXiao?zheng，ZUOZhao?hui（SchoolofInformationEngineering，HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300401，China）Abstract：Thenecessityofloadmeasurementsofthesuckerrodintheoperatingprocessofoilwellsisexpounded.Awirelessmoni

3、toringsystembasedonZigBeetechnologyisdesignedfortheparticularenvironmentofthegeneraloilfieldregion.Thesystemsolvedmanyproblems，suchas10complexfieldwiring，geographicalenvironmentinterference，difficultnetworkingandpoorscalability.Italsocanrealizetheremotewireles

4、smonitoringwithlowpowerconsumptionandlowcost，whichhasimportantsignificancetothejudgmentofthesuckerrodfailureandefficientproductionmanagementofoilfield.Keywords：oilwell；loadmeasurement；ZigBee；wirelessmonitoringsystem0引言在抽油机采油过程中，抽油杆要承受液柱的重力、惯性载荷、摩擦力等沿轴向的拉伸或拉压交变

5、载荷[1]，如果这些载荷超出抽油杆的承受范围，油杆很容易脱断失效，这将大大增加油井的生产难度，进而影响生产进度。因此对油井抽油杆载荷数据进行采集并分析，能够做到有备无患。并且到油田开发中后期，油井产能降低，产出液含水量或杂质量较高，这时根据采集的载荷数据绘成的示功图将能够直观反映出这些问题。这对油井的安全、高效生产有重要意义。10ZigBee技术[2]目标是让低成本终端能够通过免费频段进行低数据率数据通信和无线网络组建。其性能优势主要有：采用AES?128加密算法，三级安全模式保障数据通信安全；采用碰撞避免机制，为

6、需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突，通信稳定性高；网络容量大，一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个网络，组网灵活，扩展性好。1系统方案本系统采用CC2530F256作为核心处理器来实现大范围油井载荷数据的采集和传输。系统结构框图如图1所示，其中，从安装有ZigBee终端节点的油井处采集载荷数据，通过ZigBee路由节点和协调器节点中转传输数据，最终将数据汇报到监控中心。然后PC对接收到的数据进行处理，以直观简洁的方式让工作人员

7、来判断油井的工作状况。同样的，监控中心可以发送控制指令，通过协调器路由节点判断终端路径，最终控制对应终端抽油机的启停。这样既能提高油田的生产效率，节约能源，又能保证现场的生产安全，有效减少事故的发生。10在ZigBee无线传感网络中，根据节点所具有的网络功能，ZigBee节点可分为协调器节点、路由器节点和终端节点三种。协调器节点是整个网络的中心节点，在整个网络中必须惟一，负责新建网络的发起、参数设定、存储节点信息、管理其他节点等工作；路由器节点需要一直处于活动状态，受协调器节点控制，在自己区域范围内它可充当协调器，

8、主要完成路由发现、消息转发、通过其他节点扩展网络覆盖范围等功能；终端节点没有特定的维持网络结构的责任，可以通过路由器或协调器节点加入网络，负责收集终端采集的数据，可以处于睡眠或者唤醒状态。图1油井系统结构框图2系统硬件设计系统的终端设备由传感器模块、处理器模块、无线传输模块、电源模块等组成，如图2所示。图2终端模块框图当油井的抽油机工作时，负荷传感器供电工作