机械设备远程监控方案DOC

一、需求分析

1、设备远程控制的必要性

1) 目前设备管理的难点

伴随油建公司业务的不断扩展，施工大型机械设备的应用率不断提高，同时设备分布越来越分散，但是大型设备的管理也越来越难；其一是设备动态达不能及时准确掌握。二是设备状况不能及时诊断分析维护。三是零星设备成为管理盲区。四是设备油耗得不到准确的控制。 2) 设备远程控制管理将提升公司管理的一台阶

由于公司机械设备数量不断增加，也迫使机械设备的管理不断升级，然而传统的人到现场进行管理、维护已经远远不能满足公司的要求，高昂的人工成本、维护成本逐步成为公司发展的压力、甚至成为公司的发展瓶颈，因此采用设备的远程监控管理需求尤为迫切。

2、方案实现的基本功能

1) 实现公司对分布在全国的工程机械设备运行数据的采集和上传，变量监控、

参数设置、故障报警以及控制器程序的更新和升级。 2) 提供数据库存储保存历史数据。

3) 提供监控管理平台（B/S结构）供管理人员浏览控制器数据、设置现场网络

设备参数。

4) 提供趋势数据及业务数据报表。

5) 设备故障报警，实时报警，可定义报警条件，支持超油耗报警、设备强制保

养报警（更换机油、空气滤芯、材机油滤芯）。 6) 基于GIS的状态监控（编辑、处理、分析）。

7) 监控中心支持上800台设备的接入 8) 提供远程控制台便于技术人员远程调试 9) 提供数据库及通信协议访问接口

10) 支持数据订阅功能，过滤冗余数据。可大大减少垃圾流量，降低运营费用。 11) 可管理>800台的设备接入，并可通过升级扩展实现更多机械设备接入监控系

统。

12) 多种网络组网，克服地理障碍，保证通讯顺畅

系统可提供支持多种通讯网络形式的智能终端，保证分布广泛的设备采用多种网络完成远程通信。

13) 支持不同品牌、不同型号的多种设备的统一接入 14) 基于机型的变量管理，保证产品的兼容性、可升级性

可定义现场机械设备控制器变量。针对不同控制器类型和编程程序，均可采用变量定义的方式实现采集所需变量的要求 15) 多级用户权限安全管理

该系统是一个多用户管理系统。系统提供多级用户权限供不同管理者使用不同资源，保证系统安全性，如超级管理员，设备管理员，生产调度员，设备监控员。

二、总体方案论证 2.1系统组成

本系统由监测中心、通信平台、监测设备三部分组成。 1) 监测中心:由服务器、GPRS数据传输模块等组成。 2) 通信平台:中国移动公司的GPRS专网。

3) 监测设备:电源模块、采集模块、GPRS传输模块、转换器、转速传感器、电

流电压互感器、温度传感器、压力传感器等。

监控中心 数字办公系统

【示意图待画】

2.2基于B/S模式的油田机械设备远程监控系统

针对油田机械设备数量多且分布范围由几十至上百平方公里,分布比较零散的特点,我司选择B/S架构作为通信的基本模式。

 B/S模式即浏览器／服务器结构最大特点是:用户可以通过WWW浏览器去访问

Internet上的文本、数据、图像等信息,大量的数据实际存放在数据库服务器中。客户端除了WWW浏览器,一般无须任何用户程序。

 B/S结构具有分布性特点,可以随时随地进行查询、浏览等业务处理;业务扩

展简单方便,通过增加网页即可增加服务器功能;维护简单方便,只需要改变网页,即可实现所有用户的同步更新;开发简单,共享性强等优点。  机械设备远程监控系统主要是通过对运行参数的实时检测,采用轮询-应答

的通信方式,解决各种工作参数的远程传输问题,实现实时报警、实时数据采集的功能。通过无线方式传送给设备监控中心数据库服务器,并以B/S模式,使生产管理的各个部门能够及时掌握油井工作状态,缩短设备故障处理时间,提高工作效率。油井远程测控系统可以免去人工巡井减轻工人劳动强度,并且提高了设备监控与采油数据的实时性,甚至准确性。保证了抽油机的安全运行。

2.3 GPRS为通信平台

针对施工现场90%可电话通讯的情况，我司选择GPRS网络作为通信平台。基于GPRS的机械设备远程监测系统充分发挥了通用分组无线业务(GPRS)数据传输的优势,只需要一次性投资远程监控终端,日常的网络管理及维护均由移动公司负责,因此具有覆盖面广、数据传送可靠、营运费用低等优点,是一种相当经济的远程监控方案。需要注意的是,使用时要考虑当地GPRS业务的使用状况,如果有个别地方GPRS连通性差的时候还可利用GPRS模块短消息功能传送数据。这样只要有移动公司信号的地方,都可使用该系统。 网络 GPRS 优点 数据传送可靠

缺点 信号安全性 图像传输 优缺点 特征 祥解 网络覆盖广 GPRS 特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输, 也适用于偶尔的大数据量传输 营运费用低 1.按流量收费 与GPRS信号 GPRS信号无覆盖的地方不能通信 2.4采集终端硬件实现方案

【硬件设计示意图】

 GPRS 模块采用NI 9205。NI无线数据采集(Wi-Fi DAQ)设备通过结合IEEE 802.11无

线或以太网通信、直接的传感器连接以及灵活的NI LabVIEW软件，实现着对电气、物理、机械和声音信号的远程监控。

 每通道的数据读写速率超过50 kS/s, 并具有高达24位的分辨率  通过NI LabVIEW和直接的传感器连接, 简化远程监控

 受到保护的数据经128位AES加密, 具有最高的商用安全性标准  将无线测量无缝集成至现有系统

 采集到的数据通过嵌入到ROM 存储器的TCP/IP 协议栈打包处理， 再由GPRS

模块将数据传输至GPRS 网络，STM32F103x6 模块内含2 个串口：一个与GPRS

模块相连，另一个与上位机相连，采集到的数据可以通过上位机观察是否正确，现场工作人员也可以通过手持PDA 连入GPRS 网络， 通过接收来自系统GPRS 模块发送出来的数据实时监测油井现场工作参数。

 继电器用于控制电机电源，当有异常时，中心计算机立即向终端发出控制命

令， 使MCU 可以通过GPRS 模块接收到控制指令并控制继电器使得电机停机。

 监测现场通讯实现：

1) 本设计利用TCP / IP 协议来对GPRS 数据进行打包和解包。由于本系统

只对油田设备工作参数进行传递，此类参数具有间断性、突发性、发送频繁并且少量等特点，因此根据需要，对TCP /IP 协议结构进行了简化。 2) 由于GPRS 是基于IP 协议的, 数据包在主机与GPRS 服务器间的传输,

使用的是基于IP 的分组, 故所有的数据报文都要基于IP 包。在中国移动的接入网关CM2NET中, 一般使用PPP协议与GPRS 终端进行协商通信。

 通讯链接要求

 独具的链路检测、自动修复技术，无需人工干预，为监控系统提供可靠

的网络联接。

 联接管理技术，可以按照用户的需求在网络任何一方发起连接或者断开

连接，并可实现按需连接、自动断线、手动激活等功能，节约网络资源，减少运行费用。

2.5 典型参数的采集过程

用户通过无线测控主机软件设定中国移动GPRS网络所涉及的无线通讯参数和系统数据采集参数,无线测控主机按照设定的参数控制外围设备进行数据采集,并通过GPRS等无线网络将其传输到监控中心,再以Web浏览方式提供给互联网用户,从而实现对抽油机采油过程的全面、实时监控。 1)测控主机工作过程

测控主机安装在抽油机电机的控制柜内,通过抽油机电机供电。该设备通过无线或者有线的方式连接转速传感器、油耗传感器，温度传感器、电流电压传感器、压力传感器等,数据一方面打包处理后上传到上位机,另一方面也可以在本机显示。通过该主机对本系统以及各传感器的参数进行设置。 2)示功图数据无线远程采集过程

无线示功仪将载荷和位移传感器集成在一起,用加速度传感器测位移。该设备安装在方卡子和悬绳器之间,采集到载荷、位移、冲程、冲次、工作时率等参数后,以无线方式和RTU通信,把数据合包到无线测控主机;通过GPRS模块发送到监控中心服务器,服务器端软件对数据进行传输错误校验和口令校验,然后进行解释并存入数据库。 3)电参数采集处理过程

电参数模块安装在控制柜内,通过电流电压互感器将电信号以有线方式传输到采集终端,采集终端通过GPRS无线数传模块上网,把数据按照规定的格式打包上传给后台的前置机或监控中心服务器。 4)压力温度采集处理过程

采集终端的数据上传是按数据包的形式在网上传输,采集数据在上传之前经过两次打包,即首先是Modbus RTU协议打包,其次用TCP/IP打包。后台计算机接收数据也要有对应的解包过程。 5)报警信息处理过程

服务器系统管理程序能对各采集终端网络的GPRS通讯状态时实显示,出现故障报警提示;对各采集的数据出现异常及时报警提示。

2.6系统配置清单

序号 设备 数量 型号 单价（元） 客户报价（总价、项报价） 元 1 2 GPRS发射、接收模块 3 4 5 6 7 GPRS专网收费 工控机 ARM NI采集卡(64通道) 8 9 电源模块 转速传感器、温度传感器、油耗传感器等 10 11 摄像头 服务器 50 50 20 6024E 10000 50 四、监控中心软件设计

1）编程平台

 中心软件的设计语言采用LabVIEW图形化开发平台，它支持多核处理器可实

现多线程（数据采集、数据存盘、数据分析）并行操作，提高运行效率。LabVIEW可以利用WinSock实现Socke套接字与Internet通信。C++语言应用灵活,对低层操作有很大的优越性,且对网络编程有很大的支持。LabVIEW库提供了CasyncSocket这样一个套接字库,用它实现Socket编程稳定可靠方便快捷。 2)服务器接收软件设计

 采用NI LabVIEW编程软件编写监控中心数据接收软件。该软件的主要功能是

实现接收和发送UDP或TCP协议的IP数据包,以实现GPRS终端的IP协议通信。  由于本系统将对多个油井参数进行监控，所以在软件设计时应对每个油井开

设一个线程，每个线程监听不同端口并独立接收、处理数据。数据处理包括

将接收到的各个参数存储到数据库中，同时在主界面上用曲线实时地显示出来。

 监测中心不需要GPRS模块,通过宽带、ISDN、ADSL上网即可,且使用固定IP,

可以使用UNIX或Windows服务器。 3)监控中心web页面设计

 采用NI LabVIEW软件编制人机交换画面。包括登录、数据及示功图显示、参

数设置及显示、数据查询、报警显示和报表生成等页面。

 报警与停机。故障报警包括当前故障信息和历史故障信息。该系统对每个参

数设置了警戒线，一旦超过该警戒线，计算机将立刻报警：其中包括电压过压、欠压、电流过流、漏油、盗油报警等状况。对于此类报警，监控中心会向终端设备发送控制命令以停止设备的工作

 报表打印。该系统可对录入数据库的数据产生报表并打印。

广州智维电子科技有限公司

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