太阳能供电全无线变送器注水井生产参数远程测控系统高新技术企业培育资金项目申请书(编辑修改稿)

太阳能供电全无线变送器注水井生产参数远程测控系统高新技术企业培育资金项目申请书(编辑修改稿)内容摘要：

快速拆卸接口，极大的方便了修井作业前后的设备的拆卸和恢复。 RTU 与智能流量控制器之间的线缆采用特殊处理，采用镀锌管，深埋（ 米），并做了防水处理。 克服了有线设备线缆易进水、折断，修井作业后系统恢复困难等不足，经过这项改进，没有发生因作业造成线路进水和拆断的情况。 （ 5）低功耗无线压力变送器和流量控制装置均安装了防盗外壳，这不仅在一定程度上降低设备被盗 可能性，同时也由于设备不外露，提高了设备的使用寿命以及增强了现场操作人员的安全性。 如图 451 和图 452 所示。 （ 6）采用光伏供电，即解决供电问题又节能、环保、安全、经济。 （ 7）系统选用低扭矩磨轮式阀门，降低电机负荷，兼具主机拖带技术，降低投资成本，使一套光伏供电系统能同时驱动两台流量控制，有利于地面分注井实施。 （ 8）该系统内嵌多家知名企业生产的流量计通信协议，可帮助油田利用原有流量计，进行一体化改造设计，从而进一步降低了油田优化简化的成本。 （ 9）采用双闭环方式进行注水井流量调节的设计思路，可有 效提高调节的实时性和可靠性。 17 图 451流量控制装置防护设备 图 452无线压力变送器防护装置 5. 研究方法和工艺技术路线 工作原理 如图 511 所示为注水井远程控制系统信息框图。 在该系统中，用户通过网络远程设置注水井日配注水量，相关信息通过 GPRS 网络发送到 RTU 进行鉴别和处理，合法的数据将会由RTU 发送到 智能流量控制器 ， 智能流量控制器 将利用 PID 算法自动闭环调节阀门开度， 同时将即时流量数据和累计流量数据及其他相关数据传送到 RTU； 无线压力变送器完成各种压力的测量并 即时传输到 RTU， RTU 将采集到的流量、压力等数据利用GPRS 网络将数据回传到油田企业内部网，在油水井服务器端自动生成相关报表并通过局域网在网页上发布。 18 图 511 注水井流量远程控制系统信息流程示意图 技术路线 本地流量检测和阀门控制 本地流量计采用的是流量积算仪，阀门控制采用的是磨轮结构电动阀门。 流量计和阀门的供电采用本地测控主机（简称“ RTU”，下同） 供电 的太阳能蓄电池控制，供电线路和 RS485通信线路都通过深埋线路设计，可以大大降低水井维护导致线路断裂。 流量计 按照 设定的采集间隔 与 RTU 进行通信，并将当前流量值发送到 RTU， RTU 收到流量即发送的收据后，转发到后台。 同时后台发送一个设定的流量值到 RTU， RTU 收到后台发送的数据后，将之与存储的流量值进行比较，如果比较结果相同，则不下发流量 设定值 ，如果不同，则发送收到的流量 设定值。 智能流量控制器 收到新的流量 设定值 值后，将重新启动阀门 自主调节开度 ，以使流量满足用户设定的要求。 19 、本地油压、套压、干线压力检测和传输 本地油压、套压和干线压力检测采用的是微功耗无线压力便搜购年期，其主控芯片为 MSP430 单片机 ，变送器 在每个采集周期通过 短距离无线传输方式 向 RTU 发送压力 数据。 、本地 RTU 该产品适用于 DC736V，用来接收并执行控制中心控制指令；管理控制压力变送器、流量 计等外围设备完成压力、流量以及人员入侵、压力超限、流量超限、流速异常等报警信息 的采集、存储和转发。 、后台处理 现场采集数据经由信息中心接收进入局域网后，由 自动计量系统进行处理。 压力、流量数据以统一格式存入油田公司自动计量数据库，对数据进行管理。 后台数据库采用 SQL，前台采用 WEB 浏览器显示。 实施方案 考虑到如下几方面因素以 及油田注水井的现状和设备的兼容性，我们设计了光伏供电方案。 （ 1）安全因素：井口流量控制装置采用直流 24V 的安全电压供电。 （ 2）可维护性：售后服务最优化，维修成本最小化。 （ 3）兼容互换性：无论何种井别， RTU 及主要设备都应具有通用性。 （ 4）投资最小化：有效利用原有设备及成熟技术，尽可能减少重复投资。 光伏供电方案 20 图 531 光伏供电流量远程控制流程图 光伏供电方案信息处理框图如 图 531，该方案具有如下特点： （ 1）采用两块 15W 的太阳能电池板和两节 12Ah、 12V 的蓄电池为 RTU、无线数据远传设备和流量控制装置提供动力电源。 （ 2） RTU 采用我公司 微功耗测控主机，进行数据的处理、存储、转发；并对光伏供电系统电池电压进行监测，合理使用电源，以避免蓄电池因过度放电而损坏。 （ 3）压力变送器采用我公司自主研发、生产的 WLP0601A型微功耗无线压力变送器，取消了井口布线，降低施工和日常维护管理难度。 （ 4）流量控制装置采用的是我公司与相关厂家联合研制的微功耗流量控制装置。 计划达到的技术经济指标 工作压力： 16MPA ，压力范围： 0～ 25MPa； 流量控制精度 ：177。 5% （日配注量小于 dm350 为 dm3%5 ，日配注大于 dm350 为 dm3%10 ） ， 流量范围： hmhm 33  ； 工作压差 13MPA； 采用太阳能供电方式，供电电压为 DC24V； 21 采用“微功耗”理念，充分降低设备功耗， 无采光情况下蓄电池连续工作时间： 96 小时 ；同时 具备一个 RTU 托带两个智能流量控制器的功能 ； 干压波动，自 动调节，确保注水平稳 ； 智能流量控制器 选配低扭矩磨轮式调节阀、 使用 DC24V直流安全电源，同时具有手动、自动双控制流量功能 ； 通讯方式： RS48无线远传 ； 通讯协议： Modbus RTU； 井口流量计的底数与网上的展示数据一致 ； 1 充分利用原来流量计 ； 1具备无线远程自动调水功能 ； 日配注可远程设定、控制； 具备资料录取及测试要求 ； 1具备人机界面显示注水井压力，日配注，瞬时流量，累计流量等数据 ， 能够实时在线计量、传输、展示水量、压力等； 1具备压力超限、流量超限、流速异常、阀门堵转等相关报警功能 ； 可行性分析 技术支撑 天津市万众科技发展有限公司具有在低功耗测控主机、 微功耗无线 压力变送器、 微功耗无线温度变送器、 无线远传、后台数据接收和处理、前台数据展示等方面取得了多项研究成果和专利技术。 目前，公司独立研发、生产的“ 全无线 变送器油井生产参数远程测控系统”已在油田广泛应用，为油田地面系统的简化优化提供了技术保障。 天津市万众科技发展有限公司 22 具有一批可持续发展的研发力量和现场技术支持、维护队伍，具备较强的工业自动化项目的研发和生产能力。 在注水井远程流量控制系统研究过程中，我们联合 流量计仪表公司（如浙江富马、苍南天信等流量计仪表公司）， 共同进行产品开发和技术改造，同时天津市万众科技发展有限公司在不断用一流的技术，做一流的产品，培养一流的人才，成就一流的企业。 各部件独特的设计，保证了系统运行可靠稳定。 本地设备：  微功耗 测控主机 （ RTU） 微功耗测控主机是我公司自主 研发、生产 制造 的 ， 适用于不同供电方式的油水井。 在注水井流量远程控制系统中，测控主机管理 微功耗无线 压力变送器和 智能 流量控制装置完成压力 、流量和流速的采集、存储、显示、转发及远程 注 水量 的 调控。 具有本地显示压力、流量、流速 等相关数据功能； 同时具有系统的工作电压、电池电量、充电控制、开关机状态判别、压力超限 、流量超限、流速异常、阀门堵转等相关 报警功能。 其技术指标如下： 图 5521 微功耗测控主机（ RTU） 23 （ 1） 工作电压和功耗： 12V 直流，静态功耗 600mW，通过GPRS 网络进行远程数据通信时，瞬态不超过 24W。 （ 2） 485 有线通讯地址范围： 0～ 255。 （ 3） 通信距离：井口微功率无线通信距离 0150m， GPRS无线 通信无限制。 （ 4） 适用环境温度： 30℃～ 80℃。 （ 5） 适用相对湿度： 10%～ 90%，不结露。 （ 6） 通过微功率无线方式可以处理以下重要参数：油压、套压、回压、温度、油管注水流速、油管注水流量，套管注水流速、套管注水流量、油管的设定流速和套管的设定流速 以及相关报警参数 等。 （ 7） 可使用 GPRS 通信网络 无线 传输数据。  微功耗无线压力变送器 如 图 5522 所示的微功耗无线压力变送器 为我公司专利产品，该变送器负责接收测控主机指令，完成油压、套压、干线压力等压力数据的测量和传送；具有数字显示功能，便于现场观察及设置，可以在现场设定采集间隔、数据发送间隔、报警上下限等参数。 变送器采用“微功耗”设计理念，进行了电路设计、用电管理、通信协议的优化；采用微发射功率和高灵敏度接收策略；具有电池电量实时在线监测功能，低于设定值自动报警，提醒用户及时更换电池；严格按照国家无线电管理委员会对民用无线控制装置的技术要求生产，使用不受限制的433MHz 公用频道，不必申请专用频率；采用码分多址调制方式，允许在同一区域多部设备 间 传输数据而不会相互干扰；数据可靠传输距离可达 0150 米。 其具体技术指标如下： 24 图 5522 无线压力变送器 （ 1）测量精度： 级； （ 2）供电电池： 一次性 锂电池，电池寿命 可达 2 年 以上 ； （ 3）静态功耗：小于 45181。 A； （ 4）通信距离：微功率 短距离 无线通信距离 0150m； （ 5）适用温度： 30℃～ 80℃；  智能流量控制 器 如 图 5523 所示， 智能流量控制 器 由 低扭矩 磨轮式调节阀与流量计组成的。 该装置中的流量计内 部集成了电机控制算法，流量、流速数据的采集和传送以及注水井日配注水量的动态调控等程序。 其特点如下： 流量计采用电子 液 晶中文显示 ， 具有瞬时流量、累计流量及日历显示； 采用 EEPROM 数据存储技术可防止数据丢失； 同时具有内部与外部按键，通过外部按键可设定日注水量； 可同时输出流量脉冲信号及调节阀开度反馈信号； 具有 RS485 通讯接口，可实现双向通讯控制及无线远传控制功能； 25 具有超流量保护及流量计故障限流功能； 流量计量采用磁电式流量计，无可动部件、耐高压冲击； 采用了先进的磨轮调节技术，在高压下实现低扭矩，高 安全性和密封性； 图 5523 智能 流量控制装置 智能流量控制 器 中的磨轮式调节阀较之传统形式的调节阀有着诸多的优点，传统形式的调节阀一般采用螺纹阀杆升降式结构，调节流量费力耗时，阀座易堵易卡，关闭不严，使用寿命短等缺陷。 而磨轮式调节阀，设计了两块各带有二个圆孔的磨轮相对作旋转运动，通过改变介质的流通截面积，进行调节流量，工作原理如 图 5524 所示，其结构原理如 图 5524所示。 介质流体从阀门的进口端进入阀腔内，假设阀门正在关闭状态，如 图 5524（ a）所示，两磨轮上的节流孔处于垂直相向位置，流道被完全堵死；随后当电动执行机构开始转动一定的锐角角度，并通过阀杆的连接传递，使动磨轮也随之转动了一个锐角，这时两个磨轮的相对位置就形成了如 图 5524（ b）所示，工作面上的流道为两个月牙孔，流体通过两月牙孔被分成两股支流，以后再合并为一股从阀门的出口处流出。 26 调节流量的大小也就是使阀杆在 90176。 角度之间的任意转动，改变由两块动、静磨轮组成的流道流通面积的大小来实现的，其工作面上流道变化的全过程就似天体月亮的圆缺变化的模样，当执行机构继续转至全开位置时，流道被完全打开，工作面上的流道截面好像两 颗满月的月亮，（如 图 5524c）所示。 另外，阀门在工作中，流体对磨轮产生了一定的压力，使得动、静磨轮始终紧贴在一起，更加强了工作面的气密性，就在逆流工况时，也具良好的密封性能。 （ a）调节阀关闭 （ b）调节阀开启 （ c）调节阀完全开启 图 5524 磨轮式调节阀原理图 PID调 节 阀流 量 计+e日 配 注 量 27 图 5525 流速调节控制框图 在该装置中，电机控制算法集成到流量计中，流量计与调节阀自构成了一个闭环的控制回路，当流量计接收到 RTU 发出的日配 注和流速调节时，流量计通过 PID 算法控制调节阀调节到符合控制精度要求的开启度，其控制框图如所示。 采用这种小闭环调节，有效地降低了数据传输量，增大了调节的实时性和可靠性，这也是。