基于ZigBee的钻井参数监测系统的研究与设计-论文.pdf

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1、第25卷第3期北华航天工业学院学报V01．25NO．32015年6月JournalofNorthChinaInstituteofAerospaceEngineeringJun．2015基于ZigBee的钻井参数监测系统的研究与设计邢艺兰王欢王兴会(1．北华航天工业学院计算机与遥感信息技术学院，2．北华航天工业学院科学技术处，河北廊坊065000)摘要：目前大多油田使用的钻井参数仪采用的均是有线数据传输的方式，而有线方式带来布线繁琐，安装、拆卸不方便等问题，为了解决有线传输带来的不便，采用了无线传感器网

2、络进行数据采集、传输，并且ZigBee无线通信具有动态自动组网、功耗低等优势。经测试表明该系统使用灵活、高效。关键词：钻井参数监测，ZigBee，C8051F340，无线传输中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1673—7938(2015)03—0014—040引言力、吊钳扭矩、转盘转速、泥浆泵速、泥浆回流等参数在油田勘探开发过程中，几乎所有的钻机上都进行监测L2j，并可进行现场的数据显示、报警，同时，配备有钻井仪表，钻井仪表的使用不仅提高了钻井各节点采集到的参数数据经由ZigBee无线网络

3、汇过程中各项参数指示与记录的准确程度，而且为油聚传输至网关，通过485或232有线方式将数据上田的安全生产提供了科学依据。目前钻井现场使用传至中控室的钻井参数监测系统，同时经由GPRS的钻井参数仪主要是有线传输方式。对于钻井队来将数据远程传输至钻井公司监测中心的实时监控系说，钻完一口油井后可能接着转入下一口井的钻井统，以便相关工作人员对井队的钻井参数进行数据任务，势必会拆卸并重新安装钻井装置以及监控仪汇集、分析和管理优化。器，另外监测室离钻井平台总是间隔一定的距离，现数据传输方面，在井队内部采用了近距

4、离传输场布线很不方便，仪器拆装移动比较频繁，系统有线的ZigBee协议，采用此种方式的好处是省去了现场传输的弊端就暴露无遗⋯。针对钻井过程环境复布线的环节，从而可以确保钻井参数监测系统的安杂、测试参数多、现场布线复杂、拆卸不便等问题，设装不会影响到井队现场的工作。另外，由于井队属计无线传输的钻井参数仪显得尤为重要。于野外作业，采用有线的数据传输形式不可行，所以在井队与监控中心之间的通讯采用的是GPRS无线因此设计了基于zigBee无线传输网络的钻井网络。GPRS网络具有稳定性好，覆盖面广的特点，参数监

5、测系统。它克服了现有的有线传输钻井参数因此比较适用于将其作为野外作业的数据传输仪在钻井现场使用的诸多不便，并且在钻井过程中，渠道。可以做到智能采集、实时记录，无线传输，计算机分2前端采集系统析及数据存储，从而适应数字油田的建设要求，具有前端采集系统由多个采集节点构成，如图1中使用方便、工作稳定可靠、安装简便且易于扩充等所示，每个采集节点连接不同的传感器，采集相应特点。的钻井参数。采集节点的原理图如图2所示。设1系统总体设计计上采用了模块化的设计思路，分为模拟信号接本系统由前端采集子系统、无线传感器网络

6、、监口电路、数字接口电路、无线传输模块、电源模块、控中心子系统三部分组成，如图1所示，可以对钻机报警电路、LCD显示模块、MCU及外围电路几部在作业过程中的大钩悬重、钻压、转盘扭矩、立管压分。模块化的设计方法使得无线传输模块、电池收稿日期：2015一叭一19模块为现场可更换的模块，这样提高了设备的可作者简介：邢艺兰(1987一)，女，硕士，助教，主要研究领域为计维护性。算机应用，嵌入式系统。-——14·—。·——2015年6月北华航天工业学院学报第25卷采用电池供电，因此其他各模块、器件的选型都应遵区

7、较远的地方，并可根据需要并入其他网络，该系统循低功耗的原则。此外，电池模块的剩余电量应实中ZigBee网络通过中心节点与GPRS网络进行转时显示在现场LCD屏幕以及监控中心的软件界面，换。这样，井场的各传感器采集的数据通过ZigBee使得工作人员能及时更换电池，以保证系统的持续网络传输至中心节点，再由GPRS远传至钻井公司工作。的监控中心。2．5报警电路及LCD显示模块ZigBee网络采用MESH网络拓扑结构，如图3LCD模块可以将各个采集节点得到的测量结所示，zigBee路由采用简化版的AODV(A

8、ODVjr)和果及电池剩余电量实时显示在节点的液晶模块上，簇树算法相结合的路由方式_6]。具体的工作流程并用声光报警电路进行数据的超限报警及其他异常是：各传感器数据经由终端节点，传给就近的路由节指标(无线通信中断、通信链路干扰及传感器接口故点，路由节点以多级跳的通信方式把数据包传到中障等)的报警。使用“单位”样式。心节点，中心节点收到数据包后，一方面按原路径将2．6MCU模块确认信息返回到发送数据的终端节点，实现握手通C8051F340主要完成模拟传感器