CN214954595U - 一种基于单片机的油田撬装密闭储油装置集成控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的油田撬装密闭储油装置集成控制***，该***包括主控模块以及分别与主控该模块连接的4G DTU、NB‑IoT模块、RS485模块、RS232模块、DI模块、AI模块、DO模块、AO模块、存储模块、LED模块及电源模块；其中，主控模块采用单片机。该***的输入/输出接口形式、通信接口形式丰富且数量多，采用高性能单片机作为主控模块，可实现对油田撬装密闭储油装置的智能化集成控制，提高工作效率，保障安全，同时充分利用能源，增加产量，节能环保，提高经济效益。

Description

一种基于单片机的油田撬装密闭储油装置集成控制***

技术领域

本实用新型涉及油田技术领域，具体涉及一种基于单片机的油田撬装密闭储油装置集成控制***。

背景技术

由于历史原因，我国的一些油田中还保留有数量众多的低产油井、边远井和单井。这些油井分布在边缘地带，管理松散，自动化程度较低，绝大多数操作都是由现场工人手动完成，无法进行本地或远程自动化管理，工作效率不高。尽管如此，这些油井的总体产油量还是非常可观的，目前还具有不可替代的作用。为了满足这些油井的采油需求，迫切需要一种用于石油工业的智能化的油田橇装密闭储油装置，这种装置应带有智能化的集成控制***，以便通过智能化的集成控制，大大降低工人的劳动强度，提高工作效率，保障安全，同时充分利用能源，增加产量，节能环保，提高经济效益。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种能够应用于油田低产油井、边远井和单井生产管理的，基于单片机的油田橇装密闭储油装置集成控制***。

该***可用来对油田橇装密闭储油装置进行智能化的集成控制，使油田橇装密闭储油装置高效的实现油气分离、自身加热、油水液存储及计量、天然气除油、天然气干燥、天然气回收利用、防盗等功能，降低工人的劳动强度，提高工作效率，保障安全，同时充分利用能源，增加产量，节能环保，提高经济效益。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种基于单片机的油田撬装密闭储油装置集成控制***，包括主控模块、用于长距离无线网络通信的4G DTU和NB-IoT模块、用于与现场满足RS485接口的仪表或设备通信的RS485模块、用于与现场计算机通信的RS232模块、用于采集数字量输入的数字信号输入DI模块、用于采集模拟量输入的模拟信号输入AI模块、用于数字量输出控制的数字信号输出DO模块、用于模拟量输出控制的模拟信号输出AO模块、用于存储参数和数据的存储模块、用于显示***状态的LED模块、以及用于为整个***供电的电源模块；其中，4G DTU、NB-IoT模块、RS485模块、RS232模块、DI模块、AI模块、DO模块、AO模块、存储模块、LED模块以及电源模块都与主控模块相连，主控模块采用单片机。

进一步的，所述电源模块与直流24V电源形式的外部供电电源连接，包括：LM2596-5芯片、LM2596-3.3芯片和VRA2415ZP-10WR3芯片，其中，LM2596-5芯片用于将直流24V电源转换为5V电源，LM2596-3.3芯片用于将5V电源转换为3.3V电源，VRA2415ZP-10WR3芯片用于将直流24V电源转换为±15V电源。

进一步的，所述4G DTU采用USR-G781实现，通过外置天线与远程计算机通信；所述NB-IoT模块采用WH-NB71实现，通过外置天线与远程计算机通信。

进一步的，所述RS485模块采用电平转换芯片ISO3088实现，通过电气线连接2EDGK(3P)接口连接现场的仪表或设备，实现基于ModBus RTU协议的通信。

进一步的，所述RS232模块采用电平转换芯片LT1032ISW实现，通过电气线连接2EDGK(3P)接口与现场计算机通信。

进一步的，所述DI模块分为两部分，一部分采用m片双向光耦TLP292-4实现，能够同时采集4*m路数字输入信号；另一部分采用n组继电器HF115F-A/230VAC-1ZS1AF实现，能够同时采集n路数字输入信号。

进一步的，所述AI模块采用模拟开关芯片ADG1411和运算放大器芯片MC33078实现，其中，一片模拟开关芯片ADG1411和一片运算放大器芯片MC33078构成一组，用于采集一路模拟输入信号。

进一步的，所述DO模块采用信号串转并芯片74HC595、单向光耦PS2801-4和继电器PA1A-PS实现，能够同时输出多路数字信号。

进一步的，所述AO模块采用DAC芯片TLV5610和电压-电流转换芯片XTR111实现，能够同时输出多路模拟电压信号或电流信号。

进一步的，所述主控模块采用型号为STM32F103ZET6的单片机，主要用于数据的采集、处理、计算、通信以及***的逻辑控制。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

1、该集成控制***的输入/输出接口形式丰富，数量多，可一次性满足油田低产油井、边远井和单井生产管理的油田橇装密闭储油装置最多信号量的采集输入和控制输出，无需扩展；

2、该集成控制***通信接口形式多样，同时支持4G、NB-IoT、RS485、RS232四种通信方式，可有效解决本地和远程控制的问题；进一步的，RS485模块所使用的芯片可带有隔离功能，以有效防止外部干扰对***的影响；

3、该集成控制***采用高性能单片机作为主控模块，进一步的，可采用STM32F103ZET6型号的单片机，其工作频率高达72MHz，可快速实现浮点运算，提高了***工作效率；

4、进一步的，该集成控制***的DI模块通过配置DI输入的公共端，可兼容目前24V供电的所有形式数字信号输出产品(包括传感器、开关、电磁阀等等)；

5、进一步的，该集成控制***的AI模块通过配置，可同时兼容4-20mA电流及-10-﹢10V电压信号输入，无需更改或配置电路；

6、进一步的，该集成控制***的DO模块通过配置DO输出的公共端，可输出直流24V或交流220V信号，最大电流达6A；

7、进一步的，该集成控制***的AO模块通过配置，可实现输出4-20mA电流或1-5V电压信号，根据现场需要选择；

8、进一步的，该集成控制***的数据存储模块采用铁电随机存储芯片MB85RS64PNF实现，可实现10亿次数据读写，数据保存时间长达10年；

9、进一步的，在实现同等功能的基础上，该集成控制***的价格要明显低于目前常用的基于PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)及扩展模块的电路形式。

从而，该集成控制***可高效的实现对油田橇装密闭储油装置的智能化集成控制，完成大量数据采集、处理、计算以及与不同仪表和设备的通信，能够降低工人的劳动强度，提高工作效率，保障安全，同时充分利用能源，增加产量，节能环保，提高经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型实施例中集成控制***的整体结构框图；

图2是本实用新型一些实施例中电源模块的示意图；

图3是本实用新型一些实施例中4G DTU的示意图；

图4是本实用新型一些实施例中NB-IoT模块的示意图；

图5是本实用新型一些实施例中RS485模块的示意图；

图6是本实用新型一些实施例中RS232模块的示意图；

图7是本实用新型一些实施例中DI模块的示意图；

图8是本实用新型一些实施例中AI模块的示意图；

图9是本实用新型一些实施例中DO模块的示意图；

图10是本实用新型一些实施例中AO模块的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，进行详细的说明。

本实用新型的目的在于，提供一种能够用于油田低产油井、边远井和单井生产管理的橇装密闭储油装置集成控制***。该***可用来对油田橇装密闭储油装置进行智能化的集成控制，实现油气分离、自身加热、油水液存储及计量、天然气除油、天然气干燥、天然气回收利用、防盗等功能。

请参考图1，为了实现上述目的，本实用新型的一个实施例，提供一种基于单片机的油田撬装密闭储油装置集成控制***(简称集成控制***或***)。

如图1所示，为本实用新型集成控制***的整体结构框图，该***包括：主控模块01、可用于长距离无线网络通信的4G DTU(4G Data Transfer unit，一种广泛用于工业物联网数据传输的终端设备)02和NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)模块03、可用于与现场满足RS485接口的仪表或设备通信的RS485模块04、可用于与现场计算机通信的RS232模块05、可用于采集数字量输入的数字信号输入(Digital in，DI)模块06、可用于采集模拟量输入的模拟信号输入(Analog in，AI)模块07、可用于数字量输出控制的数字信号输出(Digital out，DO)模块08、可用于模拟量输出控制的模拟信号输出(Analog output，AO)模块09、可用于存储参数和数据的存储模块10、可用于显示***状态的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)模块11、以及为整个***供电的电源模块12；其中，4G DTU002、NB-IoT模块03、RS485模块04、RS232模块05、DI模块06、AI模块07、DO模块08、AO模块09、存储模块10、LED模块11以及电源模块12都与主控模块01相连。

其中，主控模块采用单片机，例如可采用型号为STM32F103ZET6的单片机，主要完成数据的采集、处理、计算、通信，以及***的逻辑控制等工作。

如图2所示，为本实用新型的电源模块，该集成控制***的外部供电电源形式为直流24V电源，经过电源模块后分别转换生成5V、3.3V、以及±15V电源。其中，5V电源通过芯片LM2596-5生成，主要用于进一步转换为3.3V电源，以及用于RS485模块和LED模块；3.3V电源通过芯片LM2596-3.3生成，用于为单片机等芯片供电；±15V电源通过芯片VRA2415ZP-10WR3生成，主要用于为***中的运算放大器供电。

如图3所示，为本实用新型的4G DTU，该模块可采用USR-G781来实现，通过外置天线与远程的计算机等设备实现通信。

如图4所示，为本实用新型的NB-IoT模块，该模块可采用WH-NB71来实现，通过外置天线与远程的计算机等设备实现通信。

如图5所示，为本实用新型的RS485模块，该模块可采用电平转换芯片ISO3088来实现，通过电气线连接2EDGK(3P)接口连接现场的仪表或设备例如触摸屏，实现基于ModBusRTU协议的通信。

如图6所示，为本实用新型的RS232模块，该模块可采用电平转换芯片LT1032ISW来实现，通过电气线连接2EDGK(3P)接口与现场计算机等实现通信。

如图7所示，为本实用新型的数字信号输入(DI)模块，该模块分为两部分，一部分采用双向光耦TLP292-4来实现，共使用了4片双向光耦TLP292-4，可实现同时采集16路数字输入信号；另一部分采用继电器HF115F-A/230VAC-1ZS1AF来实现，主要针对交流220V信号输入，共使用了5组继电器，可实现同时采集5路数字输入信号。

如图8所示，为本实用新型的模拟信号输入(AI)模块，该模块采用模拟开关芯片ADG1411和运算放大器芯片MC33078来实现，共使用了3片模拟开关ADG1411和3片运算放大器MC33078，可实现同时采集12路模拟输入信号。

如图9所示，为本实用新型的数字信号输出(DO)模块，该模块采用信号串转并芯片74HC595、单向光耦PS2801-4、继电器PA1A-PS来实现，共使用了2片信号串转并芯片74HC595、4片单向光耦PS2801-4和16个继电器PA1A-PS，可实现同时输出16路数字信号。

如图10所示，为本实用新型的模拟信号输出(AO)模块，该模块采用DAC芯片TLV5610和电压-电流转换芯片XTR111来实现，共使用了1片DAC芯片TLV5610和6片电压-电流转换芯片XTR111，可实现同时输出6路模拟电压信号或电流信号。

本实用新型中的存储模块可采用铁电随机存储芯片MB85RS64PNF来实现，最多可存储64K Bit的数据。

本实用新型中的LED模块可采用发光二极管来实现，共使用了3个发光二极管，分别用来指示电源、运行、故障这些状态。

综上，本实用新型公开了一种基于单片机的油田撬装密闭储油装置集成控制***。从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

1、该集成控制***的输入/输出接口形式丰富，数量多，可一次性满足油田低产油井、边远井和单井生产管理的油田橇装密闭储油装置最多信号量的采集输入和控制输出，无需扩展；

2、该集成控制***通信接口形式多样，同时支持4G、NB-IoT、RS485、RS232四种通信方式，可有效解决本地和远程控制的问题；进一步的，RS485模块所使用的芯片可带有隔离功能，以有效防止外部干扰对***的影响；

3、该集成控制***采用高性能单片机作为主控模块，进一步的，可采用STM32F103ZET6型号的单片机，其工作频率高达72MHz，可快速实现浮点运算，提高了***工作效率；

4、进一步的，该集成控制***的DI模块通过配置DI输入的公共端，可兼容目前24V供电的所有形式数字信号输出产品(包括传感器、开关、电磁阀等等)；

5、进一步的，该集成控制***的AI模块通过配置，可同时兼容4-20mA电流及-10-﹢10V电压信号输入，无需更改或配置电路；

6、进一步的，该集成控制***的DO模块通过配置DO输出的公共端，可输出直流24V或交流220V信号，最大电流达6A；

7、进一步的，该集成控制***的AO模块通过配置，可实现输出4-20mA电流或1-5V电压信号，根据现场需要选择；

8、进一步的，该集成控制***的数据存储模块采用铁电随机存储芯片MB85RS64PNF实现，可实现10亿次数据读写，数据保存时间长达10年；

9、进一步的，在实现同等功能的基础上，该集成控制***的价格要明显低于目前常用的基于PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)及扩展模块的电路形式。

从而，该集成控制***可高效的实现对油田橇装密闭储油装置的智能化集成控制，完成大量数据采集、处理、计算以及与不同仪表和设备的通信，能够降低工人的劳动强度，提高工作效率，保障安全，同时充分利用能源，增加产量，节能环保，提高经济效益。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于单片机的油田撬装密闭储油装置集成控制***，其特征在于，

包括主控模块、用于长距离无线网络通信的4G DTU和NB-IoT模块、用于与现场满足RS485接口的仪表或设备通信的RS485模块、用于与现场计算机通信的RS232模块、用于采集数字量输入的数字信号输入DI模块、用于采集模拟量输入的模拟信号输入AI模块、用于数字量输出控制的数字信号输出DO模块、用于模拟量输出控制的模拟信号输出AO模块、用于存储参数和数据的存储模块、用于显示***状态的LED模块、以及用于为整个***供电的电源模块；

其中，4G DTU、NB-IoT模块、RS485模块、RS232模块、DI模块、AI模块、DO模块、AO模块、存储模块、LED模块以及电源模块都与主控模块相连，主控模块采用单片机；

所述DI模块分为两部分，一部分采用m片双向光耦TLP292-4实现，能够同时采集4*m路数字输入信号；另一部分采用n组继电器HF115F-A/230VAC-1ZS1AF实现，能够同时采集n路数字输入信号。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述电源模块与直流24V电源形式的外部供电电源连接，包括：LM2596-5芯片、LM2596-3.3芯片和VRA2415ZP-10WR3芯片，其中，LM2596-5芯片用于将直流24V电源转换为5V电源，LM2596-3.3芯片用于将5V电源转换为3.3V电源，VRA2415ZP-10WR3芯片用于将直流24V电源转换为±15V电源。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述4G DTU采用USR-G781实现，通过外置天线与远程计算机通信；

所述NB-IoT模块采用WH-NB71实现，通过外置天线与远程计算机通信。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述RS485模块采用电平转换芯片ISO3088实现，通过电气线连接2EDGK(3P)接口连接现场的仪表或设备，实现基于ModBus RTU协议的通信。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述RS232模块采用电平转换芯片LT1032ISW实现，通过电气线连接2EDGK(3P)接口与现场计算机通信。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述AI模块采用模拟开关芯片ADG1411和运算放大器芯片MC33078实现，其中，一片模拟开关芯片ADG1411和一片运算放大器芯片MC33078构成一组，用于采集一路模拟输入信号。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述DO模块采用信号串转并芯片74HC595、单向光耦PS2801-4和继电器PA1A-PS实现，能够同时输出多路数字信号。

8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述AO模块采用DAC芯片TLV5610和电压-电流转换芯片XTR111实现，能够同时输出多路模拟电压信号或电流信号。

9.根据权利要求1-8任一所述的***，其特征在于，

所述主控模块采用型号为STM32F103ZET6的单片机，主要用于数据的采集、处理、计算、通信以及***的逻辑控制。

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