機械設備遠程監(jiān)控方案(DOC)

1、施工機械設備遠程監(jiān)控方案一、需求分析1、設備遠程控制的必要性1）目前設備管理的難點伴隨油建公司業(yè)務的不斷擴展，施工大型機械設備的應用率不斷提高，同時設備分布越來越分散，但是大型設備的管理也越來越難；其一是設備動態(tài)達不能及時準確掌握。二是設備狀況不能及時診斷分析維護。三是零星設備成為管理盲區(qū)。四是設備油耗得不到準確的控制。2）設備遠程控制管理將提升公司管理的一臺階由于公司機械設備數(shù)量不斷增加，也迫使機械設備的管理不斷升級，然而傳統(tǒng)的人到現(xiàn)場進行管理、維護已經(jīng)遠遠不能滿足公司的要求，高昂的人工成本、維護成本逐步成為公司發(fā)展的壓力、甚至成為公司的發(fā)展瓶頸，因此采用設備的遠程監(jiān)控管理需求尤為迫切。方案

2、實現(xiàn)的基本功能1）實現(xiàn)公司對分布在全國的工程機械設備運行數(shù)據(jù)的采集和上傳，變量監(jiān)控、參數(shù)設置、故障報警以及控制器程序的更新和升級。2）提供數(shù)據(jù)庫存儲保存歷史數(shù)據(jù)。3）提供監(jiān)控管理平臺（B/S結構）供管理人員瀏覽控制器數(shù)據(jù)、設置現(xiàn)場網(wǎng)絡設備參數(shù)。4）提供趨勢數(shù)據(jù)及業(yè)務數(shù)據(jù)報表。5）設備故障報警，實時報警，可定義報警條件，支持超油耗報警、設備強制保養(yǎng)報警（更換機油、空氣濾芯、材機油濾芯）。6）基于GIS的狀態(tài)監(jiān)控（編輯、處理、分析）。7) 監(jiān)控中心支持上800臺設備的接入8) 提供遠程控制臺便于技術人員遠程調試9) 提供數(shù)據(jù)庫及通信協(xié)議訪問接口10) 支持數(shù)據(jù)訂閱功能，過濾冗余數(shù)據(jù)。可大大減少垃圾

3、流量，降低運營費用。11) 可管理800臺的設備接入，并可通過升級擴展實現(xiàn)更多機械設備接入監(jiān)控系統(tǒng)。12) 多種網(wǎng)絡組網(wǎng)，克服地理障礙，保證通訊順暢系統(tǒng)可提供支持多種通訊網(wǎng)絡形式的智能終端，保證分布廣泛的設備采用多種網(wǎng)絡完成遠程通信。13) 支持不同品牌、不同型號的多種設備的統(tǒng)一接入14) 基于機型的變量管理，保證產(chǎn)品的兼容性、可升級性可定義現(xiàn)場機械設備控制器變量。針對不同控制器類型和編程程序，均可采用變量定義的方式實現(xiàn)采集所需變量的要求15) 多級用戶權限安全管理該系統(tǒng)是一個多用戶管理系統(tǒng)。系統(tǒng)提供多級用戶權限供不同管理者使用不同資源，保證系統(tǒng)安全性，如超級管理員，設備管理員，生產(chǎn)調度員，設

4、備監(jiān)控員。2.1系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由監(jiān)測中心、通信平臺、監(jiān)測設備三部分組成。1) 監(jiān)測中心：由服務器、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊等組成。2) 通信平臺：中國移動公司的GPRS專網(wǎng)。3) 監(jiān)測設備：電源模塊、采集模塊、GPRS傳輸模塊、轉換器、轉速傳感器、電流電壓互感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。監(jiān)控中心聊|>數(shù)字辦公系統(tǒng)【示意圖待畫】2.2基于B/S模式的油田機械設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)針對油田機械設備數(shù)量多且分布范圍由幾十至上百平方公里,分布比較零散的特點，我司選擇B/S架構作為通信的基本模式。 B/S模式即瀏覽器/服務器結構最大特點是:用戶可以通過WWW瀏覽器去訪問Internet上的文本、數(shù)據(jù)、圖像

5、等信息，大量的數(shù)據(jù)實際存放在數(shù)據(jù)庫服務器中?？蛻舳顺薟WW瀏覽器，一般無須任何用戶程序。 B/S結構具有分布性特點，可以隨時隨地進行查詢、瀏覽等業(yè)務處理;業(yè)務擴展簡單方便，通過增加網(wǎng)頁即可增加服務器功能;維護簡單方便，只需要改變網(wǎng)頁，即可實現(xiàn)所有用戶的同步更新；開發(fā)簡單，共享性強等優(yōu)點。機械設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過對運行參數(shù)的實時檢測，采用輪詢-應答的通信方式,解決各種工作參數(shù)的遠程傳輸問題，實現(xiàn)實時報警、實時數(shù)據(jù)采集的功能。通過無線方式傳送給設備監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務器，并以B/S模式，使生產(chǎn)管理的各個部門能夠及時掌握油井工作狀態(tài)，縮短設備故障處理時間,提高工作效率。油井遠程測控系統(tǒng)可以免去

6、人工巡井減輕工人勞動強度，并且提高了設備監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實時性，甚至準確性。保證了抽油機的安全運行。2.3GPRS為通信平臺針對施工現(xiàn)場90%可電話通訊的情況，我司選擇GPRS網(wǎng)絡作為通信平臺?；贕PRS的機械設備遠程監(jiān)測系統(tǒng)充分發(fā)揮了通用分組無線業(yè)務(GPRS)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢,只需要一次性投資遠程監(jiān)控終端,日常的網(wǎng)絡管理及維護均由移動公司負責,因此具有覆蓋面廣、數(shù)據(jù)傳送可靠、營運費用低等優(yōu)點,是一種相當經(jīng)濟的遠程監(jiān)控方案。需要注意的是，使用時要考慮當?shù)谿PRS業(yè)務的使用狀況，如果有個別地方GPRS連通性差的時候還可利用GPRS模塊短消息功能傳送數(shù)據(jù)。這樣只要有移動公司信號的地方，都可使用該

7、系統(tǒng)。網(wǎng)絡優(yōu)缺點特征祥解GPRS優(yōu)點網(wǎng)絡覆蓋廣GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸數(shù)據(jù)傳送可靠信號安全性圖像傳輸營運費用低1.按流量收費缺點與GPRS信號GPRS信號無覆蓋的地方不能通信2.4采集終端硬件實現(xiàn)方案2BL1.LUC電流倩感然信號調埋湍3E棣感器信號調連f信號調連Mx'J4V直流上位機町PRS慣塊P13AMClf継電曙HT4V直流220V龍流【硬件設計示意圖】GPRS模塊米用NI9205。NI無線數(shù)據(jù)采集(Wi-FiDAQ)設備通過結合IEEE802.11無線或以太網(wǎng)通信、直接的傳感器連接以及靈活的NILabVIEW軟件，實

8、現(xiàn)著對電氣、物理、機械和聲音信號的遠程監(jiān)控。每通道的數(shù)據(jù)讀寫速率超過50kS/s,并具有高達24位的分辨率通過NILabVIEW和直接的傳感器連接，簡化遠程監(jiān)控受到保護的數(shù)據(jù)經(jīng)128位AES加密，具有最高的商用安全性標準將無線測量無縫集成至現(xiàn)有系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過嵌入到ROM存儲器的TCP/IP協(xié)議棧打包處理，再由GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳輸至GPRS網(wǎng)絡，STM32F103x6模塊內(nèi)含2個串口：一個與GPRS模塊相連，另一個與上位機相連，采集到的數(shù)據(jù)可以通過上位機觀察是否正確，現(xiàn)場工作人員也可以通過手持PDA連入GPRS網(wǎng)絡，通過接收來自系統(tǒng)GPRS模塊發(fā)送出來的數(shù)據(jù)實時監(jiān)測油井現(xiàn)場工作參數(shù)。繼電

9、器用于控制電機電源，當有異常時，中心計算機立即向終端發(fā)出控制命令，使MCU可以通過GPRS模塊接收到控制指令并控制繼電器使得電機停機。監(jiān)測現(xiàn)場通訊實現(xiàn)：1）本設計利用TCP/IP協(xié)議來對GPRS數(shù)據(jù)進行打包和解包。由于本系統(tǒng)只對油田設備工作參數(shù)進行傳遞，此類參數(shù)具有間斷性、突發(fā)性、發(fā)送頻繁并且少量等特點，因此根據(jù)需要，對TCP/IP協(xié)議結構進行了簡化。2）由于GPRS是基于IP協(xié)議的，數(shù)據(jù)包在主機與GPRS服務器間的傳輸，使用的是基于IP的分組，故所有的數(shù)據(jù)報文都要基于IP包。在中國移動的接入網(wǎng)關CM2NET中，一般使用PPP協(xié)議與GPRS終端進行協(xié)商通信。圖弓PPP4E文解析過程通訊鏈接要求

10、獨具的鏈路檢測、自動修復技術，無需人工干預，為監(jiān)控系統(tǒng)提供可靠的網(wǎng)絡聯(lián)接。聯(lián)接管理技術，可以按照用戶的需求在網(wǎng)絡任何一方發(fā)起連接或者斷開連接，并可實現(xiàn)按需連接、自動斷線、手動激活等功能，節(jié)約網(wǎng)絡資源,減少運行費用。2.5典型參數(shù)的采集過程用戶通過無線測控主機軟件設定中國移動GPRS網(wǎng)絡所涉及的無線通訊參數(shù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集參數(shù),無線測控主機按照設定的參數(shù)控制外圍設備進行數(shù)據(jù)采集,并通過GPRS等無線網(wǎng)絡將其傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，再以Web瀏覽方式提供給互聯(lián)網(wǎng)用戶,從而實現(xiàn)對抽油機采油過程的全面、實時監(jiān)控。1）測控主機工作過程測控主機安裝在抽油機電機的控制柜內(nèi)，通過抽油機電機供電。該設備通過無線或者有線的

11、方式連接轉速傳感器、油耗傳感器，溫度傳感器、電流電壓傳感器、壓力傳感器等，數(shù)據(jù)一方面打包處理后上傳到上位機，另一方面也可以在本機顯示。通過該主機對本系統(tǒng)以及各傳感器的參數(shù)進行設置。2）示功圖數(shù)據(jù)無線遠程采集過程無線示功儀將載荷和位移傳感器集成在一起，用加速度傳感器測位移。該設備安裝在方卡子和懸繩器之間，采集到載荷、位移、沖程、沖次、工作時率等參數(shù)后，以無線方式和RTU通信，把數(shù)據(jù)合包到無線測控主機;通過GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)控中心服務器，服務器端軟件對數(shù)據(jù)進行傳輸錯誤校驗和口令校驗，然后進行解釋并存入數(shù)據(jù)庫。3）電參數(shù)采集處理過程電參數(shù)模塊安裝在控制柜內(nèi)，通過電流電壓互感器將電信號以有線方式傳輸

12、到采集終端,采集終端通過GPRS無線數(shù)傳模塊上網(wǎng),把數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式打包上傳給后臺的前置機或監(jiān)控中心服務器。4）壓力溫度采集處理過程采集終端的數(shù)據(jù)上傳是按數(shù)據(jù)包的形式在網(wǎng)上傳輸，采集數(shù)據(jù)在上傳之前經(jīng)過兩次打包，即首先是ModbusRTU協(xié)議打包,其次用TCP/IP打包。后臺計算機接收數(shù)據(jù)也要有對應的解包過程。5）報警信息處理過程服務器系統(tǒng)管理程序能對各采集終端網(wǎng)絡的GPRS通訊狀態(tài)時實顯示，出現(xiàn)故障報警提示;對各采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常及時報警提示。2.6系統(tǒng)配置清單序號設備數(shù)量型號單價（元）客戶報價（總價、項報價）元12GPRS發(fā)射、接收模塊503GPRS專網(wǎng)收費4工控機505ARM5067NI

13、采集卡（64通道）206024E100008電源模塊9轉速傳感器、溫度傳感器、油耗傳感器等10攝像頭11服務器、監(jiān)控中心軟件設計1）編程平臺中心軟件的設計語言采用LabVIEW圖形化開發(fā)平臺，它支持多核處理器可實現(xiàn)多線程（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存盤、數(shù)據(jù)分析）并行操作，提高運行效率oLabVIEW可以利用WinSock實現(xiàn)Socke套接字與Internet通信。C+語言應用靈活，對低層操作有很大的優(yōu)越性，且對網(wǎng)絡編程有很大的支持。LabVIEW庫提供了CasyncSocket這樣一個套接字庫，用它實現(xiàn)Socket編程穩(wěn)定可靠方便快捷。2）服務器接收軟件設計采用NILabVIEW編程軟件編寫監(jiān)控中心數(shù)據(jù)

14、接收軟件。該軟件的主要功能是實現(xiàn)接收和發(fā)送UDP或TCP協(xié)議的IP數(shù)據(jù)包，以實現(xiàn)GPRS終端的IP協(xié)議通信。由于本系統(tǒng)將對多個油井參數(shù)進行監(jiān)控，所以在軟件設計時應對每個油井開設一個線程，每個線程監(jiān)聽不同端口并獨立接收、處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理包括將接收到的各個參數(shù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，同時在主界面上用曲線實時地顯示出來。 監(jiān)測中心不需要GPRS模塊，通過寬帶、ISDN、ADSL上網(wǎng)即可，且使用固定IP,可以使用UNIX或Windows服務器。3）監(jiān)控中心web頁面設計 采用NILabVIEW軟件編制人機交換畫面。包括登錄、數(shù)據(jù)及示功圖顯示、參數(shù)設置及顯示、數(shù)據(jù)查詢、報警顯示和報表生成等頁面。 報警與停機。

15、故障報警包括當前故障信息和歷史故障信息。該系統(tǒng)對每個參數(shù)設置了警戒線，一旦超過該警戒線，計算機將立刻報警：其中包括電壓過壓、欠壓、電流過流、漏油、盜油報警等狀況。對于此類報警，監(jiān)控中心會向終端設備發(fā)送控制命令以停止設備的工作 報表打印。該系統(tǒng)可對錄入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)產(chǎn)生報表并打印。公司理念重創(chuàng)造性思維訓練的設計理念;重嚴謹性技術研究的生產(chǎn)方法;重科學性信息交流的營銷策略。中朗車棵修設備行業(yè)b!噲"會員單伽flUlOMOBLEVAlNENACEANC'REPAIRQIF田麗E狀;TV金£邃勝析儀跖“全國20隹綢f工具獎啟屮ASSOCICTIONfl4：!ribILi*th

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