天然气无人值守站远程监控终端的设计与实现

【摘要】：随着天然气工业生产运行水平的逐步提升,对自动化管理和控制的需求也更加迫切,越来越多的气井、站场采用无人值守的作业方式,但传统的监控设备价格昂贵、体积巨大、运行成本高并且耗电量大,在一些开采晚期的井站和小型配气站安装就显得极不合理。本文设计了一种低成本、低功耗、安装维护简单的远程监控终端,实现站场数据的远程监控。本文深入分析了西南油气田SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统中对无人值守站的要求,并结合项目实际需求,综合应用电子技术、单片机控制技术、GPRS网络通信技术、太阳能供电技术设计实现了一种天然气无人值守站远程监控终端方案。以LPC1768作为控制器,选择MC52iR3模块作为GPRS通信模块,集成AI、DI、DO、RS485/RS232等接口,实现对现场温度、压力、流量等数据的采集和上传；软件上基于uCOS实时操作系统,对系统功能进行模块化划分；系统采用低功耗设计,实现太阳能供电需求：安装三鉴式探测器,搭配工业串口摄像头,实现入侵检测图片抓拍；系统运行参数可以配置,实现监控终端的自适应性和扩展性；同时设计一套诊断板,配合监控终端实现远程诊断。本文的监控终端已实现了软硬件的设计和测试,并通过项目验收,成功应用于中石油气矿无人值守站中。实际运行结果表明,远程监控终端数据采集上传可靠稳定,太阳能供电在连续12天阴雨情况下,依然可以正常工作,系统运行实现了预期设计目标。 【关键词】：远程监控 GPRS通信 SCADA 太阳能供电 uCOS
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE938;TP277
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-14
• 1.1 课题背景及研究意义11
• 1.2 天然气无人值守站国内外研究现状11-12
• 1.3 本文研究内容12
• 1.4 本文组织结构12-14
• 第2章 无人值守站需求分析和方案设计14-22
• 2.1 系统需求分析14-16
• 2.1.1 现场数据采集14-15
• 2.1.2 状态监测和实时故障报警15-16
• 2.1.3 自控阀门远程控制16
• 2.1.4 入侵检测抓拍图片和语音喊话16
• 2.1.5 远程诊断和远程固件升级16
• 2.1.6 低功耗太阳能供电16
• 2.2 总体方案设计16-19
• 2.2.1 监控系统整体方案设计17
• 2.2.2 站场监控系统方案设计17-19
• 2.3 数据上传通信方案设计19-21
• 2.3.1 GPRS通信技术简介,通信方式的选择20
• 2.3.2 GPRS组网方式20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 无人值守站监控终端硬件设计22-42
• 3.1 监控终端硬件电路的设计与实现22-33
• 3.1.1 终端硬件整体结构设计22-23
• 3.1.2 关键器件选型23-24
• 3.1.3 处理器模块设计24-25
• 3.1.4 电源模块设计25-27
• 3.1.5 存储模块设计27-28
• 3.1.6 通信接口的设计28-30
• 3.1.7 IO扩展接口的设计30-31
• 3.1.8 PCB电路设计31-33
• 3.2 远程诊断板电路设计与实现33-36
• 3.2.1 诊断板整体结构设计33
• 3.2.2 诊断板处理器电路设计33-34
• 3.2.3 诊断板信号发生器电路设计34-35
• 3.2.4 诊断板信号切换电路设计35
• 3.2.5 PCB电路设计35-36
• 3.3 太阳能供电系统的分析与设计36-38
• 3.3.1 系统功耗的确定37
• 3.3.2 蓄电池的选取37-38
• 3.3.3 太阳能电池板的选取38
• 3.3.4 太阳能控制器的选取38
• 3.4 入侵检测系统的分析与设计38-41
• 3.4.1 入侵检测系统模块选型38-40
• 3.4.2 入侵检测方案设计40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 无人值守站监控终端软件设计42-62
• 4.1 嵌入式实时操作系统UCOS_Ⅱ42-44
• 4.1.1 嵌入式实时操作系统分析42
• 4.1.2 UCOS_Ⅱ简介42
• 4.1.3 UCOS_Ⅱ的移植42-44
• 4.2 通信协议的分析与设计44-50
• 4.2.1 数据采集协议分析44-46
• 4.2.2 数据上传协议设计46-48
• 4.2.3 远程升级通信协议设计48-50
• 4.3 监控终端软件总体结构设计50-59
• 4.3.1 系统初始化任务51
• 4.3.2 数据采集任务51-52
• 4.3.3 数据上传任务52-53
• 4.3.4 命令解析任务53-55
• 4.3.5 入侵检测任务55-56
• 4.3.6 故障检测任务56-57
• 4.3.7 远程升级程序57-59
• 4.4 远程诊断板软件设计59-61
• 4.4.1 诊断板软件总体设计59-60
• 4.4.2 诊断板与监控终端通信协议设计60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 无人值守站监控终端系统功能测试62-74
• 5.1 测试目的及测试环境62-63
• 5.2 测试内容与测试结果63-73
• 5.2.1 监控终端上传数据测试63-65
• 5.2.2 监控终端配置运行参数测试65-68
• 5.2.3 监控终端远程升级功能测试68-70
• 5.2.4 监控终端功耗测试70
• 5.2.5 远程诊断板功能测试70-73
• 5.3 本章小结73-74
• 总结与展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79

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