机械设备远程监控方案(DOC)

施工机械设备远程监控方案一、需求分析1、设备远程控制的必要性1)目前设备管理的难点伴随油建公司业务的不断扩展，施工大型机械设备的应用率不断提高，同时设备分布越来越分散，但是大型设备的管理也越来越难；其一是设备动态达不能及时准确掌握。

二是设备状况不能及时诊断分析维护。

三是零星设备成为管理盲区。

四是设备油耗得不到准确的控制。

2)设备远程控制管理将提升公司管理的一台阶由于公司机械设备数量不断增加，也迫使机械设备的管理不断升级，然而传统的人到现场进行管理、维护已经远远不能满足公司的要求，高昂的人工成本、维护成本逐步成为公司发展的压力、甚至成为公司的发展瓶颈，因此采用设备的远程监控管理需求尤为迫切。

2、方案实现的基本功能1)实现公司对分布在全国的工程机械设备运行数据的采集和上传，变量监控、参数设置、故障报警以及控制器程序的更新和升级。

2)提供数据库存储保存历史数据。

3)提供监控管理平台（B/S结构）供管理人员浏览控制器数据、设置现场网络设备参数。

4)提供趋势数据及业务数据报表。

5)设备故障报警，实时报警，可定义报警条件，支持超油耗报警、设备强制保养报警（更换机油、空气滤芯、材机油滤芯）。

6)基于GIS的状态监控（编辑、处理、分析）。

7)监控中心支持上800台设备的接入8)提供远程控制台便于技术人员远程调试9)提供数据库及通信协议访问接口10)支持数据订阅功能，过滤冗余数据。

可大大减少垃圾流量，降低运营费用。

11)可管理>800台的设备接入，并可通过升级扩展实现更多机械设备接入监控系统。

12)多种网络组网，克服地理障碍，保证通讯顺畅系统可提供支持多种通讯网络形式的智能终端，保证分布广泛的设备采用多种网络完成远程通信。

13)支持不同品牌、不同型号的多种设备的统一接入14)基于机型的变量管理，保证产品的兼容性、可升级性可定义现场机械设备控制器变量。

针对不同控制器类型和编程程序，均可采用变量定义的方式实现采集所需变量的要求15)多级用户权限安全管理该系统是一个多用户管理系统。

系统提供多级用户权限供不同管理者使用不同资源，保证系统安全性，如超级管理员，设备管理员，生产调度员，设备监控员。

二、总体方案论证2.1系统组成本系统由监测中心、通信平台、监测设备三部分组成。

1)监测中心:由服务器、GPRS数据传输模块等组成。

2)通信平台:中国移动公司的GPRS专网。

3)监测设备:电源模块、采集模块、GPRS传输模块、转换器、转速传感器、电流电压互感器、温度传感器、压力传感器等。

监控中心数字办公系统【示意图待画】2.2基于B/S模式的油田机械设备远程监控系统针对油田机械设备数量多且分布范围由几十至上百平方公里,分布比较零散的特点,我司选择B/S架构作为通信的基本模式。

✧B/S模式即浏览器／服务器结构最大特点是:用户可以通过WWW浏览器去访问Internet上的文本、数据、图像等信息,大量的数据实际存放在数据库服务器中。

客户端除了WWW浏览器,一般无须任何用户程序。

✧B/S结构具有分布性特点,可以随时随地进行查询、浏览等业务处理;业务扩展简单方便,通过增加网页即可增加服务器功能;维护简单方便,只需要改变网页,即可实现所有用户的同步更新;开发简单,共享性强等优点。

✧机械设备远程监控系统主要是通过对运行参数的实时检测,采用轮询-应答的通信方式,解决各种工作参数的远程传输问题,实现实时报警、实时数据采集的功能。

通过无线方式传送给设备监控中心数据库服务器,并以B/S模式,使生产管理的各个部门能够及时掌握油井工作状态,缩短设备故障处理时间,提高工作效率。

油井远程测控系统可以免去人工巡井减轻工人劳动强度,并且提高了设备监控与采油数据的实时性,甚至准确性。

保证了抽油机的安全运行。

2.3 GPRS为通信平台针对施工现场90%可电话通讯的情况，我司选择GPRS网络作为通信平台。

基于GPRS的机械设备远程监测系统充分发挥了通用分组无线业务(GPRS)数据传输的优势,只需要一次性投资远程监控终端,日常的网络管理及维护均由移动公司负责,因此具有覆盖面广、数据传送可靠、营运费用低等优点,是一种相当经济的远程监控方案。

需要注意的是,使用时要考虑当地GPRS业务的使用状况,如果有个别地方GPRS连通性差的时候还可利用GPRS模块短消息功能传送数据。

这样只要有移动公司信号的地方,都可使用该系统。

2.4采集终端硬件实现方案【硬件设计示意图】✧GPRS 模块采用NI 9205。

NI无线数据采集(Wi-Fi DAQ)设备通过结合IEEE 802.11无线或以太网通信、直接的传感器连接以及灵活的NI LabVIEW软件，实现着对电气、物理、机械和声音信号的远程监控。

✓每通道的数据读写速率超过50 kS/s, 并具有高达24位的分辨率✓通过NI LabVIEW和直接的传感器连接, 简化远程监控✓受到保护的数据经128位AES加密, 具有最高的商用安全性标准✓将无线测量无缝集成至现有系统✧采集到的数据通过嵌入到ROM 存储器的TCP/IP 协议栈打包处理，再由GPRS模块将数据传输至GPRS 网络，STM32F103x6 模块内含2 个串口：一个与GPRS模块相连，另一个与上位机相连，采集到的数据可以通过上位机观察是否正确，现场工作人员也可以通过手持PDA 连入GPRS 网络，通过接收来自系统GPRS 模块发送出来的数据实时监测油井现场工作参数。

✧继电器用于控制电机电源，当有异常时，中心计算机立即向终端发出控制命令，使MCU 可以通过GPRS 模块接收到控制指令并控制继电器使得电机停机。

✧监测现场通讯实现：1)本设计利用TCP / IP 协议来对GPRS 数据进行打包和解包。

由于本系统只对油田设备工作参数进行传递，此类参数具有间断性、突发性、发送频繁并且少量等特点，因此根据需要，对TCP /IP 协议结构进行了简化。

2)由于GPRS 是基于IP 协议的, 数据包在主机与GPRS 服务器间的传输,使用的是基于IP 的分组, 故所有的数据报文都要基于IP 包。

在中国移动的接入网关CM2NET中, 一般使用PPP协议与GPRS 终端进行协商通信。

✧通讯链接要求✓独具的链路检测、自动修复技术，无需人工干预，为监控系统提供可靠的网络联接。

✓联接管理技术，可以按照用户的需求在网络任何一方发起连接或者断开连接，并可实现按需连接、自动断线、手动激活等功能，节约网络资源，减少运行费用。

2.5 典型参数的采集过程用户通过无线测控主机软件设定中国移动GPRS网络所涉及的无线通讯参数和系统数据采集参数,无线测控主机按照设定的参数控制外围设备进行数据采集,并通过GPRS等无线网络将其传输到监控中心,再以Web浏览方式提供给互联网用户,从而实现对抽油机采油过程的全面、实时监控。

1)测控主机工作过程测控主机安装在抽油机电机的控制柜内,通过抽油机电机供电。

该设备通过无线或者有线的方式连接转速传感器、油耗传感器，温度传感器、电流电压传感器、压力传感器等,数据一方面打包处理后上传到上位机,另一方面也可以在本机显示。

通过该主机对本系统以及各传感器的参数进行设置。

2)示功图数据无线远程采集过程无线示功仪将载荷和位移传感器集成在一起,用加速度传感器测位移。

该设备安装在方卡子和悬绳器之间,采集到载荷、位移、冲程、冲次、工作时率等参数后,以无线方式和RTU通信,把数据合包到无线测控主机;通过GPRS模块发送到监控中心服务器,服务器端软件对数据进行传输错误校验和口令校验,然后进行解释并存入数据库。

3)电参数采集处理过程电参数模块安装在控制柜内,通过电流电压互感器将电信号以有线方式传输到采集终端,采集终端通过GPRS无线数传模块上网,把数据按照规定的格式打包上传给后台的前置机或监控中心服务器。

4)压力温度采集处理过程采集终端的数据上传是按数据包的形式在网上传输,采集数据在上传之前经过两次打包,即首先是Modbus RTU协议打包,其次用TCP/IP打包。

后台计算机接收数据也要有对应的解包过程。

5)报警信息处理过程服务器系统管理程序能对各采集终端网络的GPRS通讯状态时实显示,出现故障报警提示;对各采集的数据出现异常及时报警提示。

2.6系统配置清单四、监控中心软件设计1）编程平台✧中心软件的设计语言采用LabVIEW图形化开发平台，它支持多核处理器可实现多线程（数据采集、数据存盘、数据分析）并行操作，提高运行效率。

LabVIEW 可以利用WinSock实现Socke套接字与Internet通信。

C++语言应用灵活,对低层操作有很大的优越性,且对网络编程有很大的支持。

LabVIEW库提供了CasyncSocket这样一个套接字库,用它实现Socket编程稳定可靠方便快捷。

2)服务器接收软件设计✧采用NI LabVIEW编程软件编写监控中心数据接收软件。

该软件的主要功能是实现接收和发送UDP或TCP协议的IP数据包,以实现GPRS终端的IP协议通信。

✧由于本系统将对多个油井参数进行监控，所以在软件设计时应对每个油井开设一个线程，每个线程监听不同端口并独立接收、处理数据。

数据处理包括将接收到的各个参数存储到数据库中，同时在主界面上用曲线实时地显示出来。

✧监测中心不需要GPRS模块,通过宽带、ISDN、ADSL上网即可,且使用固定IP,可以使用UNIX或Windows服务器。

3)监控中心web页面设计✧采用NI LabVIEW软件编制人机交换画面。

包括登录、数据及示功图显示、参数设置及显示、数据查询、报警显示和报表生成等页面。

✧报警与停机。

故障报警包括当前故障信息和历史故障信息。

该系统对每个参数设置了警戒线，一旦超过该警戒线，计算机将立刻报警：其中包括电压过压、欠压、电流过流、漏油、盗油报警等状况。

对于此类报警，监控中心会向终端设备发送控制命令以停止设备的工作✧报表打印。

该系统可对录入数据库的数据产生报表并打印。

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