油气生产物联网协议RTU研制

STM32F407ZET6
NRST 25 RESET VCC3.3 C17 VSSA 30
GND
IN4148
R17 C12
GND
3.3V R21 10k GND
6
VBAT
VDDA
33
Biblioteka Baidu
VCC3.3
138
BOOT0
GND
GND Vss_11 130 Vss_10 120 Vss_9 94 Vss_8 83 Vss_7 61 Vss_6 51 Vss_5 16 Vss_4 38 Vss_3 143 Vss_2 107 Vss_1 71 GND 3.3V GND Vdd_11 131 Vdd_10 121 Vdd_9 95 Vdd_8 84 Vdd_7 62 Vdd_6 52 Vdd_5 17 Vdd_4 39 Vdd_3 144 Vdd_2 108 Vdd_1 72 3.3V
图2 A11协议RTU硬件组成
മ $ ॿ䇞 578 ⺜Ԧ㓴ᡀ 2.1 主控芯片电路设计
主芯片STM32F407ZGT6STM采用3.3V供电，JTAG方 ѫ᧗㣟⡷⭥䐟䇮䇑 式下载程序，外置2种晶振，一种用3-25MHZ高频晶振， ѫ㣟⡷ 670)=*7670 䟷⭘ 9 ‫ˈ⭥׋‬-7$* ᯩᔿл䖭〻ᒿˈཆ㖞 ⿽ 1 油气生产物联网系统构成 该时钟源输入到PLL最大允许陪频到168MHz；另一种为 Ღᥟˈа⿽⭘ 0+= 儈仁Ღᥟˈ䈕ᰦ䫏Ⓚ䗃‫ ࡠޕ‬3// ᴰབྷ‫ݱ‬䇨䲚仁ࡠ 0+]˗ 油气生产物联网监控系统构成，如图1所示。系统由 32.768KHZ低频晶振，用于驱动RTC实时时钟计时。内 ਖа⿽Ѫ .+= վ仁Ღᥟ⭘Ҿ傡ࣘ 57& ᇎᰦᰦ䫏䇑ᰦDŽ޵㖞 0+= ઼ .+= 感知、传输及应用三层物联网架构 [2] ，其核心是传输层 置8MHZ和40KHZ晶振，FLASH1024KB，SRAM192KB， Ღᥟˈ)/$6+.%65$0.%ˈާᴹ 䙊䚃 '0$ ᧗ࡦಘˈ њᘛ䙏 ,2 ㄟਓˈ RTU，RTU并不直接采集数据，负责感知层油井的数据传 具有12通道DMA控制器，112个快速I/O端口，14个定时 њᇊᰦಘˈ њ ,& ᧕ਓˈ њ 86$57 ᧕ਓˈ њ 63, ᧕ਓˈ ԕཚ㖁 0$&0DŽ 输和控制。为实现RTU与现场多个A11协议仪表相连，且 器，2个I2C接口，4个USART接口，3个SPI接口，以太网 ަѫ᧗㣟⡷⭥䐟䇮䇑ˈྲമ ᡰ皮DŽ 安装在无人看守的场景，RTU应具备以下功能：（1）满 足A11协议通信帧格式；（2）多任务同步通信；（3）为 临时数据存储及智能传输与控制[3]。
议通信，油井数据采集、存储及实时传输与控制，在数字化与智慧化油田建设典型应用价值。 =LJ%HH6E ઼᭟ᤱ‫⺜ޘ‬Ԧ 7&3,3 ॿ䇞ḸⲴ : ԕཚ㖁᧗ࡦಘˈᆈۘ⁑ඇ䘹⭘ 关键词：油气生产物联网 A11协议 RTU UC/OS-II
བྷᇩ䟿Ⲵ 6' ঑ᮠᦞ༷ԭ DŽ
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引言
随着物联网技术的发展，油气生产物联网系统建设 规范（A11协议）已经成为国内数字化油田向智慧化油 田发展的支撑技术，其核心是油气生产物联网A11协议 RTU[1]。在数字化油田建设中，满足不同协议的RTU产品 与技术研究较多，但满足油气生产物联网A11协议RTU的 产品与技术研究较少。满足A11协议的油井测量仪表难以 与目前RTU交互，针对针对A11协议油气田生产物联网监 控系以及A11协议通信问题，研制了A11协议RTU，采用 STM32F4为主芯片设计了I/O接口电路，ZigBee、以太网通 信电路和存储模块电路，结合UC/OS-II操作系统设计了 A11协议库以及RTU多任务同步通信，实现A11协议油井 测量仪表与RTU通信，油井数据采集、存储及智能传输与 控制。
NTRST JTDI JTMS-SWDIO JTDO JTMS-SWCLK
J2 VDD TRST TDI TMS/SWDIO TCK/SWCLK NC TDO/SWO RESET# NC NC JTAG
VDD GND GND GND GND GND GND GND GND GND
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 GND
C14 P4 32.768K 9 OSO_OUT C13 8 OSO_IN
MAC10/100M。其主控芯片电路设计，如图3所示。
VCC3.3 134 110 105 133 109 R1 R2 R3 R4 R5 10K GND C14 P4 C13 23 OSO_IN 24 OSO_OUT JTRST JTDI JTMS JTCK JTDO RESET 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
STM32主控芯片电路 മ 图3 670 ѫ᧗㣟⡷⭥䐟 油气生产物联网监控系统构成 മ 图1 ⋩≄⭏ӗ⢙㚄㖁ⴁ᧗㌫㔏ᶴᡀ
2 .A11 ⊭嬌 RTU 丢ㅮᵬ䟊Ṕ嬜嫿
$ ॿ䇞 578 ⺜Ԧ㓴ᡀྲമ ᡰ皮ˈѫ㣟⡷䟷⭘ 67 ‫ޜ‬ਨ޵ਜ਼ &RUWH[0 ޵
ṨⲴ ս 670)=*7 㣟⡷ˈ䙊ؑ⁑ඇ䘹⭘ 'LJL ‫ޜ‬ਨⲴਟ㕆〻վ࣏㙇 多任务同步通信，确保下行与上行通讯流畅。该RTU在辽河油田应用表明，RTU能完成A11协议油井测量仪表与上位机协
2017年第1期
工业、生产
油气生产物联网协议RTU研制
刘雨1 张乃禄1 皇甫王欢1 范琳龙2 李克艰1
1.西安石油大学 电子工程学院 陕西 西安 710065 മ ⋩≄⭏ӗ⢙㚄㖁ⴁ᧗㌫㔏ᶴᡀ 2.西安海联石化科技有限公司 陕西 西安 710065 摘要：油气生产物联网系统建设规范（A11协议）已经成为国内数字化油田向智慧化油田发展的支撑技术，其核心是 油气生产物联网A11协议RTU。针对A11协议油气田生产物联网监控系统，研制了基于A11协议RTU。采用STM32F4为主芯 片，设计了I/O接口、ZigBee通信、以太网TCP/IP以及数据存储电路，结合UC/OS-II操作系统设计了A11协议库以及RTU