近年来各种数据采集系统、监控系统在油田生产中得到了广泛应用。油井远程监控系统数据的准确采集、可靠性、便于维护性成为制约整个系统正常、可靠运行的关键，目前抽油机井数据监测普遍选用载荷传感器、角位移传感器（或脉冲发生器）、RTU监控器、电参量传感器等，分别安装于悬绳器、游梁及控制柜上，各个信号采用有线方式汇集到RTU监控器上。具有成本高、安装工艺复杂、线缆易损坏、不易防盗、维护工作量大等问题，很难长期可靠的工作。几百口井以上监控时问题更为突出。　　

　　基于以上情况，华北油田采油工艺研究院积十几年油井监控工作的经验并结合当今自控技术的发展水平，提出并研制了以无线和嵌入式技术为基础，将微处理器嵌入到传感器和转发器中，完成了油井工况的测量、转换、数据处理、无线通讯等功能，实现各种传感器与RTU之间无线数据传输的设计思想。

　　系统构成

　　采用无线技术作为传感器与RTU之间的通讯方法，将传感器、变送器、MPU控制器及无线收发模块组合在一起，构成一体化的微功耗无线智能网络传感器，实现生产参数的无线采集。

　　为了保证在正常态情况下工作2-3年，在硬件设计上采用低功耗元器件；在软件设计上 ，除电源管理芯片外，其它芯片都处于休眠状态，每隔几秒微处理器中断唤醒来处理事件，工作完毕后继续休眠，从而使静态功耗控制在A级。

　　■  无线收发模块

　　采用世界先进的nRF905半双工通讯芯片，微功耗10mW，该芯片具有低电源电压工作1.9-3.6V、多通道工作ETSI/FCC兼容、可软件调节输出功率至-10db、“传输前监听”载波检测协议、数据准备就绪输出、低功耗ShockBurst工作模式、侦测数据包地址匹配、数据包自动重发、自动产生CRC和数据前导码等功能，各传感器之间由地址区分，统一频点，使得被嵌入的传感器形成智能微网络型。　　

　　图1 硬件结构图 

图2 软件框图

　　■  无线示功图测试仪

　　无线示功图测试仪由载荷传感器、微功耗MCU─MSP单片机、加速度传感器、无线收发模块、电池等组成，可实现示功图无电缆测试、150井次示功图数据存储、油井生产时率计算等功能。对于不同的用途，可以将无线收发模块改为GPRS模块，实现示功图的远程检测。硬件结构图（图1）和软件框图（图2）如图所示。
　　

　　图3 自主研发的数据采集电路

　　■  无线模拟量传感器

　　在已有传感器的基础上加入了自主研发的数据采集电路（图3），包括仪表电池和数据采集板。该无线模块可以与压力变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器等可输出4～20mA信号的仪表，或带有专有通讯协议的仪表进行通讯。

　　■  无线RTU
　　

　　该无线RTU将采集、控制、通讯三种功能合为一体，实现对数据的采集和传输，它是整个系统的前端核心。利用自身所具有的开关量和模拟量数据采集接口采集数据，并通过自身所配备的RS232/RS484接口控制工程网版权所有，可以采用有线或无线的通讯方式将数据发送至远端监控中心，配备专用的通讯软件可与组态软件实现无缝连接。

　　RTU的核心是监控器，由微处理器、微功耗无线收发模块、无线通讯模块、时钟电路、存储电路、接口电路、操作键盘及液晶显示器构成，整体采用SMT表贴工艺集成在电路板上，具有采集模拟量、数字量、指令控制输出、数据存储、数据传输、显示及键盘设置功能，可以完成油水井所需要的各种操作。主电路板上安装有微处理器、RS232/485接口电路、无线数据收发模块、键盘显示电路、数据存储电路、时钟电路、USB接口电路及电源电路。硬件结构如图4所示：

　　图4  RTU监控器硬件结构图

　　系统工作时RTU对上位机（测控中心）可以使用光缆、GPRS、CDMA、无线数传电压等通讯方式；对下（载荷、位移、油压、套压、温度、流量、报警等）都可无线采集各个传感器的数据。

　　应用情况

　　华北油田采油工艺研究院开发和研制的该项技术，已在多个油井监控系统中应用。从满足生产实际需求出发，根据不同的要求构成了不同的数据监控系统。

　　■  抽油机井监控系统

　　油田采油生产自动化监控系统，是以提高油田的现代化管理水平、提高采油生产效率、节能降耗和增强油田可持续发展能力为目的，采集油井电量、电压、电流、载荷、冲次、冲程、井口压力、生产时率等生产参数，并自动定时采集和远程控制采集油井示功图、电流图，实现对油井的全面监控，实现无人值守如（如图5所示）。　　

图5

　　在系统中，现场所有仪表采用无线数据采集方式，定时将采集的数据传输到RTU，通过光缆、无线数传电台、GPRS等数据传输方式，将数据传输到中心控制室，上位机软件采用WonderWare Intouch9.5人机界面软件，并配合采研院研制的专有数据通讯。