LoRa通信技术在油气田电参数测量系统中的应用,该文是通信技术论文范例和LoRa通信技术和油气田和测量相关研究生毕业论文范文.
通信技术论文参考文献：
宋晨 仇雨薇 肖翔
摘 要：油气生产物联网建设中采油设备的电参数实时测量尤为重要,本文提供一种基于LoRa扩频通信技术的电参数测量系统的设计方法,给出了硬件、通信、采集、保护等功能的要求.采用本方案的电参数测量系统解决了对传输距离、利旧安装的考量,使其具备易部署、低成本、小体积、广覆盖、大容量、高稳定性等特点,克服低功耗广域网产生之前,油气生产物联网无线技术中部署繁复、传输距离受限、利旧安装不便等问题.
关键词：LoRa；油田；物联网；电参数测量
引言
本文提出一种基于 LoRa 扩频通信技术的电参数测量系统,改变了以往关于对传输距离、利旧安装的考量,使其具备易部署、成本低、体积小、传输距离远、节点容量大、稳定性高、数据传输可靠等特点,从而克服低功耗广域网产生之前,物联网无线技术中部署繁复、传输距离受限、利旧安装不便等问题.
一、油田中电参数测量系统设计亟待改进
现有电参数测量装置存在缺陷：（1）有线通信方式,需铺设电缆,同时配备相应防雷设备,增加了成本.在铺设或改造时,存在一定的安全隐患,后续排故和维护难度较大.（2）有线或无线通信方式,在通信距离上均受限制,需额外增加中继进行数据的远传,在并行数据量要求不大的环境下,增加外设大大增加了部署难度和成本.（3）电参数测量装置内部的功能模块器件较多,期间之间的连接复杂,可靠性差.采用电压互感器等大尺寸器件,导致电参数测量装置的体积较大,对安装空间要求较高.
二、需求分析及系统功能
电参数测量系统应能准确测量三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流有效值、三相电压有效值、有功功率、无功功率、功率因数、视在功率、频率、正反向有功电度、正反向无功电度等电参数.可通过 LoRa 通信方式将数据传送到后台服务器.具备保护及控制功能,满足油田业务需求.
2.1 硬件功能 .无线电参数测量系统,包括电源、数据采集模块、单片机 MCU、数据存储模块、继电输出模块、开关输入模块、无线 LoRa 通信模块和 RS485 模块.无线通信装置采用集成 LoRa 模块,无线通信装置通过 UART 接口与MCU 连接.继电器输出与开关量输入模块与 MCU 相连,分别完成电机报警输出的启停井功能和井状态判断功能.
2.2 系统通信机制.无线 LoRa 模块主动加入网络,服务器通过下行指令读取常规数据,电参应答.上位机定时发送提取功图指令,电参数测量系统按照预设的发送延时进行电量图的 14 包数据发送机制.如果未收到上位机主动提取常规或功图指令,则电参数测量系统将按照一定间隔采集数据,期间与上位机进行心跳包的发送机制,如若规定时间内未收到心跳包,则重新加入网络.
2.3 参数采集功能.电参数测量系统应具备下列参数采集功能：a. 测量三相交流电压 Ua、Ub、Uc；b. 测量三相交流电流 Ia、Ib、Ic；c. 测量三相有功功率 P、无功功率 Q、视在功率 S、功率因数 PF、频率 f；d. 单相有功功率 Pa、Pb、Pc；单相无功功率 Qa、Qb、Qc；单相视在功率 Sa、Sb、Sc；e. 测量正相有功电度、正相无功电度、反向有功电度、反向无功电度；f. 电参模块支持电流图采集,电流图在实际位移采样点中取 200 点算法；g. 电参模块支持功率图采集,功率图在实际位移采样点中取 200 点算法；h. 偏差校正功能：具有校准功能.
2.4 保护及控制功能.a. 具备过压、欠压、过流,断相等保护功能.电参模块检测出上述异常情况时采用定时限方式执行停井操作；b. 通过开关量输出执行保护功能时,点亮报警指示灯；c. 执行报警保护后,置寄存器标志位；d. 支持油井启、停状态检测,并上报服务器；e. 具备接收云平台远程停井指令功能.远程停井与保护功能共用 1 路继电器,远程启井输出单独 1 路继电器.
三、方案优势
本文提供的方案与现有技术相比有以下优点：a. 取消了RTU 的中继采集和模块的传输部分,数据由电参数测量系统直接上传至服务器,无需布线,降低施工成本；b. 本方案包括的电阻分压网络采用电阻分压的方式.无电压互感器等大尺寸器件,设备体积较小,对于安装空间要求较低；c. 采用 LoRa 模组,具有高灵敏度、高可靠性通信质量,较高的链路预算使其通信距离在城市环境可以达 2 公里,旷野通信距离可达 10 公里；d.LoRa 网络网关容量大,单台网关可覆盖符合油田业务的设备数量达几百台.
四、 结论
本文提供的基于 LoRa 扩频通信技术的电参数测量系统,将采集、控制、状态采集、无线通信等功能模块集成在一个小型设备中,具有体积小、远距离通信、满足油田场景的特点,实现了电参数据的实时测量,并且采用无线数据传输模块来传输数据,解决了数据传输布线不便和传输距离受限的问题.
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