基于MSP430和模糊PID油田注水流量控制系统
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的 工 艺 。 但 长 期 以来 ， 们 对 注 水 过 程 中 Ａ动 化 技 术 的 重 视 远 人
不及其他工艺工程 ， 注水方法 和装备相 对落 后 ， 近年来 ， 随着我
国各 主 力 油 田 已 相 继 进 入 高 或 特 高 含 水 期 ， 油 速 度 变 缓 、 采 含 水 上 升 加 快 、 量 逐 步 下 降 、 本 上 升 的 矛 盾 已无 法 回 避 ， 过 产 成 通
１ 脚的 Ｔ ＿ ２ １ ＿ ２０封装 中 ， 由分 立元件 构成 的桥式驱 动 电路 相 与 比，ＭＤ ８０ Ｌ １２ ０构成的驱动 电路结构简化 ， 内设 过热报警输 出和
自动关 断保 护 电 路 ， 能 更 加 可 靠 。 Ｌ 性 ＭＤＩ２ ０可 采 用 ２种 不 ８０
用检测 仪器 、电机 控制 、家 庭 自动化 等 领域得 到 了广 泛 的应
集 电路 、Ｃ Ｌ Ｄ显 示 电 路 、 盘 电 路 等 。 键
２ １ 以单 片 机 为 核 心 的 控 制 系统 ．
接触的材料 为高合金钢 ， 耐磨耐腐蚀 ， 积相 对较小 ， 体 测量精度
能达 到 １ 左 右 。 ％ ２ ５ 电 机 控 制 ． 驱 动 电路 为 用 于 电机 驱 动 的功 率 集 成 芯 片 Ｌ １２ ０ 它 ＭＤ ８ ０ 。
系 统 由微 功 耗 单 片 机 系 统 、 门控 制 、 源 管 理 模 块 、 Ｃ 阀 电 ＬＤ
显示 、 Ｐ Ｓ 块 等 部 分 组 成 。 系 统 图 的 硬 件 原 理 框 图 如 图 １ ＧＲ 模
所示。
工作 原 理 ： 统 以 ＭＳ ４ ０ １９为 核 心 ， 统 大 部 分 时 问 都 系 Ｐ ３Ｆ４ 系 处 于 低 功 耗 模 式 Ｌ Ｍ０ 当定 时 中 断 到 来 时 ， 醒 Ｃ Ｕ进 入 工 作 Ｐ ， 唤 Ｐ 周期 开 始 新 一 轮 采 集 压 力 、 量 信 号 ， 流 当完 成 采 集 信 号 的 转 换
Ａｐ ． ０１１ ｒ２
电 压稳 定 。 ２ 注 水 流 量 控 制 系 统 的硬 件 设 计
３ ａ 而且 水质含油 、 ５ＭＰ ， 沙子 等 ， 针对流 量测 量的难 点 ， 采用 高
压涡街 流量计 ， 其特点 ： 可动部件 ， 无 测量元件与介质 （ 高压水 ）
系统硬件组成 ： 低功耗单 片机 系统 、 阀门控制 电路 、 数据 采
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ： Ｓ ３０；ＰＷ Ｍ ；ｆ ｚ Ｄ ；ｌｗ ｗｅ ｙ ｒ Ｍ Ｐ４ ｕｚｙ ＰＩ ｏ ｐｏ ｒ
０ 引言 利 用 注 水 井 把 水 注 入地 下 油 层 ， 弥 补 原 油 采 出后 所 造 成 以
的地下亏空 ， 保持或 提高 油层 压力 ， 我 国原油 开 采普 遍采 用 是
Ｙａ ｓａ ｎｖｒｉ ， ｎ ｕ ｎ ｄ ｏ０ ６ ０ Ｃ ｉａ ｎｈ ｎＵ ｉｅｓ ｙ Ｑｉｈ ａ ｇ ａ ６ ０４， ｈｎ ） ｔ
Ａ ｓ ａ ｔ Ｗａｅ ｉ ｅ ｔ ｎｆ ｗ ｃ ｎｒｌ ｙｔ ｏ ｉ ｅ ａｅ ｎ ｌ —ｏ ｅ Ｐ ３ Ｕ ｗ ｓ ｉ ｒｄ ｃｄ Ｔ ｅ ｖ ｌ ａ ｂ ｔ ｃ ： ｔｒ ｎ ｃ ｏ ｏ ｏ ｔ ｓ ｍ ｆ ｏ ｆ ｌ ｂ ｓｄ ｏ ｏ ｐ ｗ ｒＭＳ ４ ０ ＭＣ ａ ｎ ｏ ｕ ｅ ． ｈ ａ ｅ ｗ ｓ ｒ ｊ ｉ ｌ ｏｓ ｅ ｒ ｌ ｄ ｉ ｗ ｔ ｖ ｃ ｎ ｏ ｏ ｊ ｔ ｆ ｈ ｙ ｔ ｏ ｔ ｌ ｂｅ ｅｓｓ ｍ， ＷＭ ｃ ｎｒｌ ｆ ｈ ｏｏ ａ ｅ ｌ ｅ ｙ ｕ ｅ ｆ Ｐ ３ ’ Ｔ ｍ ｒ ｏ ｅ ｇｎ ｒｔ ｇＰ ｕｐ ｔ ｒ ｃ ｏ ｔ ｅ Ｐ ｏ ｔ ｅｍ ｔｒ ｓｒａ ｚｄ ｂ ｓｄ ｏ ４ ０Ｓ ｉ ｅ ｍ ｄ ｅ ｅａ ｎ ＷＭ ｏ ｔｕ ｏｏ ｔ ｗ ｉ ＭＳ Ａ ｉ ｃ ｎ ｏ ｓ ｎ ｌ ｔｅ ａｅ ｉｊｃ ｏ ｏ ａ ｇ ｌ ｅ ｙｃ ｎｒｌｎ ｅｏ ｅ ｉｇｏ ｔｅｖｌｅ Ｃ ｏ ｅ — ｏ ｏ ｔ ｌ ｆ ａ ｒ ｏ ａ ｏ ｔ ｌ ｉ ａ ， ｈ ｎ ｗ ｔ ｅ ｔ ｎｆ ｗ ｗ ｓｒ ｕａ ｄｂ ｏ ｔ ｌ ｇ ｈ ｐ ｎ ａ ． ｌ ｄ ｌ ｐ ｃ ｎ ｏ ｏ ｗ ｔ ｗ ｃ ｎ ｒ ｇ ｒｎ ｉ ｌ ｅ ｔ ｏｉ ｔ ｎ ｆｈ ｖ ｓ ｏ ｒ ｅ ｆ ｌ
收 稿 日期 ：０ ０一Ｏ ２１ ８—１ 收 修 改 稿 日期 ：０ ０一Ｉ ０ ２ ２１ １— ３
人 机 对 话 ， 于 用 户 操 作 ； 源 管 理 模 块 保 证 系 统 各 模 块 供 电 便 电
１ ０４
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｃ ｎ ｑ ｎ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔｕ ｎｔＴｅ ｈ ｉ ｕｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ
（ 北 省 测 试 计 量 技 术 及 仪 器 重 点 实 验 室 （ 山大 学 ） 河 北 秦 皇 岛 河 燕 ， ０６０ ） ６ ０ ４
摘 要 ： 绍 了一 种 基 于 ＭＳ４ ０单 片机 的低 功 耗 油 田 注 水 流 量 控 制 系 统 ， 系统 以 阀 门 为 控 制 对 象 ， 用 ＭＳ ４０ 的 介 Ｐ３ 该 利 Ｐ３
关键词 ： Ｓ４０ Ｐ Ｍ Ｐ ３ ； ＷＭ ； 糊 Ｐ Ｄ； 功耗 模 Ｉ 低
中 图 分 类 号 ： Ｅ ４ Ｔ ３１
文 献 标 识 码 ： Ａபைடு நூலகம்
文 章 编 号 ：０２—１４ （０ １ ｏ ０ ０ １０ ８ １ ２ １ ）４— １３—０ ４
Ｗ ａｅ ｎ ｅ ｔｏ ｏ Ｃｏ ｔｏ ｏ ｌＦ ｅｄ Ｂａ ｅ ｎ Ｍ Ｓ ４ ０ ａ ｄ Ｆ ｚ ｙ Ｐ Ｄ ｔｒＩ ｊ ｃｉｎ Ｆｌｗ ｎ ｒ ｌｆ ｒｏｉ ｉｌ ｓｄ ０ Ｐ ３ ｎ ｕ ｚ Ｉ
１ 系统 的 整 体 结 构 及 工 作 原 理
图 １ 系统 硬 件结 构 原 理 框 图
后， 一方 面与接收来 自上位控制计 算机或来 自本装置 人工键 入
的 控 制 参 数 相 比较 ， 用 模 糊 自调 整 ＰＤ算 法 可 以 得 出 电 动 机 采 Ｉ 转 动 控 制 信 号 ， 过 控 制 负 载 的通 断 时 间来 达 到 控 制 阀 门开 启 通 程 度 的 目 的 ， 而 实 现 流 量 的 闭 环 调 节 ； 一 方 面 采 集 到 的 数 从 另 据 通过 Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ模 块 ， 距 离 传 送 到 Ｐ 远 Ｃ机 的 串 口 ， Ｐ 在 Ｃ上 对 得 到 的 数 据 进 行 处 理 ， 有 异 常 时 ， 心 控 制 计 算 机 将 立 即 向 终 当 中 端 发 出 控 制 命 令 ， 单 片 机 可 以通 过 Ｇ Ｒ 使 Ｐ Ｓ模 块 接 收 到 控 制 命 令 并 控 制 电 机 停 机 。通 过 ４× ４键 盘 和 １８Ｘ ４液 晶模 块 实 现 ２ ６
Ｈ ＯＵ ｉｇ Ｐｅ— ｕｏ，ＹＡＯ Ｈａｉｌ ｎ，ＸＩ —ａ ＮＧ ｏ—ｈｕ ｎ ＺＨＯＵ ｉｓ ｕ ｎｇ Ｙａ ｓ ａ ｇ， Ｚｈ — ｈ ａ
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用 。
２ ２ 系 统低 功 耗 设 计 ．
２ ２ １ 采 用低 功 耗 器件 ．．
同类 型的 Ｐ ＷＭ信 号 ， 本系统的 Ｐ ＷＭ 信号分别 由方 向信 号和 幅 值信号组成 ， 幅值 由 Ｐ ＷＭ信号 的占空 比决定 ， 零脉 冲时代表零
在设计时 ， 无论是 Ｃ Ｕ的选择还 是外 围器 件 的选 择 ， Ｐ 所考
Ｔｍ ｒ 模 式 ， 生 Ｐ ｉｅ Ａ 产 ＷＭ 输 出控 制 信 号 ， 实现 电机 的 Ｐ ＷＭ 控 制 ， 而 通 过 控 制 注 水 阀 门 的 开 度 ， 节 注 水 流 量 。采 用 模 从 调
糊 自调 整 ＰＤ 控 制 ， 现 油 田 注水 流 量 的 闭 环 调 节 ， 时 ， 用 Ｇ Ｒ Ｉ 实 同 利 Ｐ Ｓ模 块 将 数 据 远 距 离传 送 给 Ｐ Ｃ机 ， 现 远 程 控 制 ， 实 在
ｉ ａａｔ ｅ ｔ Ｃ． ｏ ｅ ｅｉ ｒ ｇｄ ｔ ｏｒｍｏｅＰ Ｏｎｐ ｗ ｒｄ ｓ ｎ，ｉ ｄ ｉｏ ｏｔｅｈ ｒ ｗ ｒ ｓ ｄｉ ｏ ｐ ｗ ｒｃ ｉｓ ｏｔ ｒ ａ ｅｉｎ ｄｔ ｕｔｅ — ｎ ｇ ｎａ ｄｔ ｎｔ ｈ ａｄ ａｅｕ ｅ ｌｗ—ｏ ｅ ｈｐ ，ｓｆ ｅｗ ｓｄ ｓ ｅ ｏｆｒ ｒ ｅ ｉ ｎ ｗａ ｇ ｈ ｒ
２ １伍 ０１
仪
表 技 术 与 传 感 器
２ Ｏ１１
第 ４期
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎｔ ｕ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｅ ｓ ｒ
Ｎｏ ４ ．
基 于 ＭＳ ４ ０和 模 糊 Ｐ Ｄ 油 田 注 水 流 量 控 制 系 统 Ｐ３ Ｉ
侯培 国 ， 海 兰 ， 耀 双 ， 志 爽 姚 邢 周
低 功 耗 设 计 上 ， 了在 硬 件 上 选 用 低 功 耗 芯 片 外 ， 利 用 软 件 设 计 进 一 步 降低 了功 耗 ， 真 结 果 表 明 ： 用 Ｐ 除 还 仿 采 ＷＭ 和 模 糊
自调 整 ＰＤ控 制 流 量 具 有 良好 的 动 态 、 态 性 ， 而 证 明 了这 种 设 计 的 合 理 性 和 优 越 性 。 Ｉ 稳 从
ＭＳ４ ０系列 单 片机 是 １ 的 、 有 精 简指 令 集 （ ＩＣ） Ｐ３ ６位 具 ＲＳ 的
超低功耗的单片机 。它具 有集 成度高 、 围设备 丰富 、 低功 外 超
耗等优点 ， 因此 该 系 列 单 片 机 在 便 携 式 仪 表 、智 能 传 感 器 、实
将 ４个 Ｄ Ｓ ＭＯ 管构成 的 Ｈ桥及其 控制逻辑 电路均 包含在 １个
ｂ ｃ ｉ ｖ ｄｔ ｒ ｕ ｈ ｆ ｚ ｙａ ａ ｔ ｅ Ｐ Ｄ ｏ ｔｏ ． ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｅ ａ ｈ ｅ ｅ ｈ ｏ ｇ ｚ ｄ ｐ ｉ Ｉ ｃ ｎ ｒ１ Ａｔ ｈ ａ ｍｅ， ｅ ｔ ｏ ｔ ｌ ｓｒ ａｉｅ ｙ ｔ ｅｕ ｅ ｏ ＲＳ ｍｏ ｕ ｅ ｔ ｎ ｍｉ ｕ ｖ ｔ ｉ ｒ ｍｏｅ ｃ ｎｒ ｅ ｌ ｄ ｂ ｈ ｓ ｆ ｏ ｗａ ｚ ＧＰ ｄ ｌ ａ ｓ ｔ ｒ ・
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科学精确 的注水来提 高采收率和降低 成本 已引起 重视 … ， 为有 效地提高注水效 率 ， 降低 功耗 ， 约 费用 ， 现 网络 化 、 节 实 自动 化 管理 ， 中以 ＭＳ ４０系列单片机 为核心 的流量控 制系统 ， 出 文 Ｐ３ 给 了系统设计原理 ， 硬件结构和软件 设计思路 。
不及其他工艺工程 ， 注水方法 和装备相 对落 后 ， 近年来 ， 随着我
国各 主 力 油 田 已 相 继 进 入 高 或 特 高 含 水 期 ， 油 速 度 变 缓 、 采 含 水 上 升 加 快 、 量 逐 步 下 降 、 本 上 升 的 矛 盾 已无 法 回 避 ， 过 产 成 通
１ 脚的 Ｔ ＿ ２ １ ＿ ２０封装 中 ， 由分 立元件 构成 的桥式驱 动 电路 相 与 比，ＭＤ ８０ Ｌ １２ ０构成的驱动 电路结构简化 ， 内设 过热报警输 出和
自动关 断保 护 电 路 ， 能 更 加 可 靠 。 Ｌ 性 ＭＤＩ２ ０可 采 用 ２种 不 ８０
用检测 仪器 、电机 控制 、家 庭 自动化 等 领域得 到 了广 泛 的应
集 电路 、Ｃ Ｌ Ｄ显 示 电 路 、 盘 电 路 等 。 键
２ １ 以单 片 机 为 核 心 的 控 制 系统 ．
接触的材料 为高合金钢 ， 耐磨耐腐蚀 ， 积相 对较小 ， 体 测量精度
能达 到 １ 左 右 。 ％ ２ ５ 电 机 控 制 ． 驱 动 电路 为 用 于 电机 驱 动 的功 率 集 成 芯 片 Ｌ １２ ０ 它 ＭＤ ８ ０ 。
系 统 由微 功 耗 单 片 机 系 统 、 门控 制 、 源 管 理 模 块 、 Ｃ 阀 电 ＬＤ
显示 、 Ｐ Ｓ 块 等 部 分 组 成 。 系 统 图 的 硬 件 原 理 框 图 如 图 １ ＧＲ 模
所示。
工作 原 理 ： 统 以 ＭＳ ４ ０ １９为 核 心 ， 统 大 部 分 时 问 都 系 Ｐ ３Ｆ４ 系 处 于 低 功 耗 模 式 Ｌ Ｍ０ 当定 时 中 断 到 来 时 ， 醒 Ｃ Ｕ进 入 工 作 Ｐ ， 唤 Ｐ 周期 开 始 新 一 轮 采 集 压 力 、 量 信 号 ， 流 当完 成 采 集 信 号 的 转 换
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电 压稳 定 。 ２ 注 水 流 量 控 制 系 统 的硬 件 设 计
３ ａ 而且 水质含油 、 ５ＭＰ ， 沙子 等 ， 针对流 量测 量的难 点 ， 采用 高
压涡街 流量计 ， 其特点 ： 可动部件 ， 无 测量元件与介质 （ 高压水 ）
系统硬件组成 ： 低功耗单 片机 系统 、 阀门控制 电路 、 数据 采
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摘 要 ： 绍 了一 种 基 于 ＭＳ４ ０单 片机 的低 功 耗 油 田 注 水 流 量 控 制 系 统 ， 系统 以 阀 门 为 控 制 对 象 ， 用 ＭＳ ４０ 的 介 Ｐ３ 该 利 Ｐ３
关键词 ： Ｓ４０ Ｐ Ｍ Ｐ ３ ； ＷＭ ； 糊 Ｐ Ｄ； 功耗 模 Ｉ 低
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１ 系统 的 整 体 结 构 及 工 作 原 理
图 １ 系统 硬 件结 构 原 理 框 图
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２ ２ １ 采 用低 功 耗 器件 ．．
同类 型的 Ｐ ＷＭ信 号 ， 本系统的 Ｐ ＷＭ 信号分别 由方 向信 号和 幅 值信号组成 ， 幅值 由 Ｐ ＷＭ信号 的占空 比决定 ， 零脉 冲时代表零
在设计时 ， 无论是 Ｃ Ｕ的选择还 是外 围器 件 的选 择 ， Ｐ 所考
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糊 自调 整 ＰＤ 控 制 ， 现 油 田 注水 流 量 的 闭 环 调 节 ， 时 ， 用 Ｇ Ｒ Ｉ 实 同 利 Ｐ Ｓ模 块 将 数 据 远 距 离传 送 给 Ｐ Ｃ机 ， 现 远 程 控 制 ， 实 在
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第 ４期
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基 于 ＭＳ ４ ０和 模 糊 Ｐ Ｄ 油 田 注 水 流 量 控 制 系 统 Ｐ３ Ｉ
侯培 国 ， 海 兰 ， 耀 双 ， 志 爽 姚 邢 周
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自调 整 ＰＤ控 制 流 量 具 有 良好 的 动 态 、 态 性 ， 而 证 明 了这 种 设 计 的 合 理 性 和 优 越 性 。 Ｉ 稳 从
ＭＳ４ ０系列 单 片机 是 １ 的 、 有 精 简指 令 集 （ ＩＣ） Ｐ３ ６位 具 ＲＳ 的
超低功耗的单片机 。它具 有集 成度高 、 围设备 丰富 、 低功 外 超
耗等优点 ， 因此 该 系 列 单 片 机 在 便 携 式 仪 表 、智 能 传 感 器 、实
将 ４个 Ｄ Ｓ ＭＯ 管构成 的 Ｈ桥及其 控制逻辑 电路均 包含在 １个
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