工程硕士开题报告

哈尔滨理工大学工程硕士论文开题报告系、部自动化学院学科、专业控制工程导师研究生年级论文题目基于GSM的油田生产工况远程监测系统研究开题报告日期研究生部说明一、开题来源应包括下列主要内容：1、课题来源及研究的目的和意义；2、国内外在该方向的研究现状及分析（文献综述）；3、主要研究内容；4、研究方案及进度安排，预期达到的目标；5、预计研究过程中可能遇到的困难和问题以及解决的措施；6、主要参考文献（应在30篇以上，其中外文资料不少于三分之一，参考文献中近五年内发表的文献一般不少于三分之一，且必须有近二年内发表的文献资料）。二、开题报告字数应不少于5000字三、开题报告时间最迟应于第三学期结束前完成四、若本次课题的开题报告未通过，需在一个月内再次进行开题报告。第二次学位论文开题报告仍未通过者，不能继续进行学位论文工作。五、开题报告结束后，评议小组要填写《硕士学位论文开题报告评议结果》报院研究生教学秘书备案。六、此表不够填写时，可另加附页。-1-一、课题来源、研究目的及意义课题来源：横向课题研究目的及意义：油田地理环境特殊，分布范围广，大部分在野外，相互之间距离远近不一，通信设施分布参差不齐。由于地域偏远，风沙侵蚀严重，冬季气温极低等客观条件，给油井设施的正常管理带来了巨大的困难。近年来还存在人为破坏、偷盗等现象，如果采用传统的人工巡检、巡查等相对落后的监控手段来实施管理，不但需要投入大量的人力、物力、财力，而且由于缺乏一套行之有效的、切实可行的现场生产设备网络化监控管理系统[1-3]，油机的正常生产秩序得不到有效、安全的保护，设备故障得不到及时修复。不但给国家造成了重大的直接和间接损失，而且扰乱了正常的生产管理秩序，加重了设备现场维护的压力，使大量的人员疲于应付这种突发事件，降低了劳动生产率，事倍功半。许多边缘井，由于离采油队距离较远，经常出现停井等情况，影响了采油产量。油井设施的安全有效管理已成为了各级石油生产管理部门尤其是基层管理区重点关注的一大难题[4-6]。为提高石油企业的生存和竞争能力，降低生产成本，提高劳动效率，减少安全隐患，是油田当前和今后一个时期的一项主要任务。因此，应用现代化的科技手段，建立起一套高效、可靠、实用的油井抽油机运行监控系统[7-9]就成为广大石油生产管理部门的理想选择。GSM网络[10]覆盖面广，通信质量可靠，为监控油井运行状态提供了一种可靠的无线传输通道[11-13]。该系统的设计正是符合了油田的发展需要，是数字化油田的基础，为油田自动化发展起到重大的作用。二、国内外在该方向的发展现状（文献综述）早在20世纪七十年代，国内就开始研究、生产油田远程监测系统[14-15]，但是由于受各种因素性能、成本、通讯距离的限制，特别是不能解决油井数目较多、分散范围较广这个问题，因而多数系统最终没能进入到实用阶段[17-19]。多年来，人们尝试了各种各样可采用的信息传输方式，综合起来可分为有线传输和无线传输两种。有线传输使用专用电缆、光缆进行数据传输[20-22]，优点是数据传输的误码率低、传输可靠性好，但需要另外配置专用通信线路，费用高。而利用电力线载波通信可以使用油井中现有的供电电缆，减少投资和线路的维护成本，考虑到电力线载波通信传输速率低、容量小等特点，因此对信息传输速率要求并不高的情况下，还是具有一定实用价值的。但电力载波技术最后也因为成本投资大，以及油井工作环境恶劣，盗窃破坏严重，产品化程度差，传输速率较慢，干扰和杂音大等原因而无法-2-投入使用。在无线方面，部分系统曾尝试利用无线电台、公用电话网[23]等方式进行传输，如胜利油田孤岛采油厂采用的防盗报警系统，采用SA68D3MT发射模块和SA68D3MR接收模块实现报警信号的无线传输输[24]。河南油田的远程无线监控系统采用了带有RS-232端口的数传电台(FC-201/B)，基频为工业控制用频率230MHz[25]。这些系统受各种客观条件的限制，往往造价昂贵、信号不稳、易受破坏，始终没能根本解决问题。还有一些应用新兴技术的监控系统[26]。采集油井现场的图象信息加以自动识别的方法，实现对多个油井的自动监控，对于每个油井的各种可能的突发情况(如采油机停机、盗窃原油等)系统可实时判别并报警。系统提供了一种开放式通讯接口，允许远程用户通过公用电话网访问系统并获得各采油现场的图象和监控信息[27-28]。由于图像识别技术还不成熟，对盗油事件的报警成功率并不高。基于摄像头的视频监控系统。在采油井及输油管线附近设置摄像头，利用视频线把采集的图像传输到监控中心，通过显示器来实时监控油井抽油井和输油管道的工作状态。抽油机是否工作、是否有盗油现象、是否管道发生泄露等问题可以利用图像直观地查看，但是采用视频监控方式也有其缺点，因其油井分布广、数量多，管线长等特点，设备造价高、投资大，信号传输需要布线，且传输距离受到限制[29]。基于总线检测系统[30]。在石油生产现场的前端现场仪表与信号采集器之间及信号采集器与控制中心服务器之间都是通过总线连接的，信号采集器获得仪表的测量数据后，通过总线把数据传递到监控中心，对油田生产线的监控是工作人员利用软件进行分析、处理完成的。采用这种有线网络进行通信的方式也有其缺点，无论从布线成本，还是施工难度和维护管理角度考虑，都受到一定的限制。正是在上述背景下，开发研制基于GSM的油田生产工况远程监测系统（MonitorSystemforLong-distancebasedGSMinOilField），本设计采用微处理器对每口油井，每条输油管道的工作状态进行实时采集监测，将采集到的工作状态通过GSM模块无线传输[31]到相应工作区监控室，实现对整个工作区每口油井，每条输油管道的实时监测，并根据监测信息做出相应合理的管理决策。同时，可通过内部局域网可将不同工作区进行组网以实现作业区级对作业区原油生产的监测和管理，进而还可将不同作业区进行组网以实现采油厂级对采油厂原油生产的监测和管理,通过该系统可实现对整个采油厂原油生产的有效监测和管理，能够节省大量的人力和物力，避免浪费，提高整个采油厂的管理水平，对采油厂原油的高产稳产具有重要意义。三、主要研究内容本课题以油田监测为研究对象，设计重点在监测系统的整体设计上，使用德国西门子GSM模块为数据传输单元，系统监控端将监测到报警信息通过短信方式传送给监控-3-中心，并通过监控软件进行数据管理，从而实现油田的整体监测。整个系统构成灵活，可靠性高，具有一定的通用性和工程推广性。主要研究内容如下：(1)研究油田生产工况远程监测系统总体设计方案。油田生产工况远程监测系统总体设计如图1。整个系统由子系统和中心系统组成。子系统安装于各个平台，实现对不同平台上全部油井各种运行参数的监测以及与中心系统的数据信息传输。中心系统安装于工作区监控室，接收来自各个子系统的相关数据信息，实现对整个工作区不同平台上全部油井各种运行参数的监测。子系统和中心系统通过GSM实现数据信息传输。平台#1运行参数控制器GSMGSM机PC工作区监控室平台#2运行参数控制器GSM平台#N运行参数控制器GSM中心系统子系统子系统子系统图1油田生产工况远程监测系统总体设计(2)研究子系统设计方案。主要包括控制器、GSM两个部分。实现平台上全部油井防盗房是否被破坏，电机是否跳闸停机以及变压器是否停电等油井工作状态和压力信息，温度信息以及冬季电伴热状态等输油管道工作状态等信息的采集与存储，并实现上述工作状态数据信息与中心系统的数据传输。控制器：考虑到可靠性、成本和系统的特点，控制器框图如图2：CPU非易失性存储器锂离子充电电池电源欠压检测模拟量整理电路开关量整理电路A/DEEPROM232RS图2控制器框图CPU：为控制器的核心部分，要求能够满足本系统工作温度跨度大，野外工作要节能的特点。模拟量整理调理电路：通过电路对压力传感器、温度传感器的电信号进行滤波，-4-幅值变换等整理以便压力信号，温度信号能够满足A/D转换芯片对模拟量输入信号幅值的要求。A/D：考虑到对压力信号，温度信号精度的要求，采用MAXIM公司的12位并行A/D转换芯片。开关量整理调理电路：对于防盗房是否被破坏，电机是否跳闸停机以及变压器是否停电等油井工作状态和输油管道冬季电伴热工作状态，采用开关量的形式来描述。通过开关量整理电路将描述各种工作状态的开关量整理到微处理器要求的电压范围。非易失性存储器：通过非易失性存储器存储子系统实时采集的压力，温度等数据信息。非易失性存储器，芯片工作电压为2.7V～3.6V，工作温度-40°～85°。EEPROM：主要用于存放相关定值。EEPROM采用AT系列的串行EEPROM芯片。锂离子充电电池：由锂离子充电电池为子系统供电。电源电压监测：CPU实时监控锂离子充电电池电压，以决定锂离子充电电池是否要更换或充电以保证子系统的正常运行。RS232：通过RS232对子系统进行定值输入。主要用来定义各个开关量输入的属性。GSM：GSM通过串口与CPU相连，以短信的形式实现与中心系统的相关数据信息传输。系统采用SIEMENS公司的TS35GSM模块。(3)研究中心系统设计方案。主要包括GSM和PC机两部分，通过GSM实现PC机与子系统的数据传输，PC机对传输数据进行分析和处理。四、研究方案及进度安排，预期达到的目标研究方案系统采用ATmega8L作为主控芯片，通过AT指令可实现系统重启和传递消息。系统工作原理是，油井工况工作正常的情况下，控制器，循环检测10可输入端口，若有故障发生，相应的ATmega8输入端为低电平，控制TC35i向工作人员及工作区监控室发送预先存储在SIM卡中的报警短信，可及时处理故障。1系统硬件电路设计：1.1TC35i模块的功能结构TC35i有40个引脚，通过一个ZIF（ZeroInsertionForce,零阻力插座）连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。1.2GSM模块TC35i外围硬件电路设计TC35i的对外接口包括：RS232接口、语音接口、控制线接口、SIM卡接口和电源接口。-5-1.2.1TC35i的IGT电路对于TC35i模块控制，IGT信号非常的重要，只有正确的IGT信号才可以使TC35i模块正常的运行。启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电10ms后(电压须大于3V)，为保证整个系统正常启动，要求在电源加电时IGT必须在保持大于100毫秒的低电平后再阶跃到高电平。1.2.2TC35i与SIM卡接口电路SIM接口基带处理器集成了一个与1507861一3ICCard标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，为SIM卡接口预留6个引脚，SIM卡同TC35i通过以下方式连接：SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡与TC35I的同名端直接相连，CCIN引脚用来测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。1.2.3SYNC指示灯电路TC35i的SYNC引脚有两种工作模式，可用AT命令ATSYNC进行切换，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35i的工作状态，本模块使用的是后一种功能发射状态时的功率增长情况，当LED熄灭时，表明TC35i处于关闭或睡眠状态;当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35i正在进行网络登录;当LED为75ms亮/3S熄时，表明TC35i已登录进网络，处于待机状态。1.2.4ATmega8L与TC35i接口电路TC35i的数据接口采用串行异步通信，波特率在300bps-115kbps可选，默认值为9600bps，具有自适应性。数据格式为8位数据位、1位停止位、无校验位。在与ATmega8L进行通信时只需要用到其中的TXD0和RXD0两个引脚，ATmega8L串口是TTL电平，而TC35i是采用CMOS电平，在波特率较低，传输数据较少的情况下可以不进行电平转换。1.2.5电源电路设计电源电路为ATmega8L、TC3