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基于嵌入式平台的钻井工程无线监控系统研究

作　者: 黄兴
导　师: 杨光友
学　校: 湖北工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: ARM-Linux Qt/Embedded 钻井工程 无线传感器网络 监控报警
分类号: TE928
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 98次
引　用: 1次
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内容摘要


在油气资源开发过程中,钻井是最为关键的环节之一,而钻井安全又是钻井作业的重中之重。虽然已经有严格的井控规程出台,但是钻井事故还是时有发生。总结历史上钻井事故的发生原因,无不集中在没有及时监测到异常状况或事故没有得到正确及时的处理等原因上,因此市面上出现了多种钻井工程监测系统试图解决这些问题,但是这些系统普遍是采用低端单片机或IPC进行控制,使用总线技术用数据线连接各个传感器进行控制,导致系统结构不够灵活、安装拆卸繁琐,操作复杂并且成本昂贵难以广泛应用。为了解决现有钻井监控系统存在的问题,作者设计了一种基于嵌入式平台的钻井工程无线监控系统。系统的现场控制器由现场服务器和现场客户端组成,两个控制器都基于ARM-Linux平台,使用Qt/Embedded开发人机交互界面；远程监控系统为工业一体机,使用VB开发监控软件。系统中数据采集和控制部分由无线传感器网络完成,根据钻井现场的设备布置情况,构建了树型的无线传感器网络结构,采用了ZigBee技术进行数据的通信。现场服务器通过与无线传感器网络中的协调器节点串口通信获取钻井参数并实施控制输出,该控制器实现了系统核心的监测报警和自动灌浆控制等功能,它和无线传感器网络可以组成完整的监控系统,也可以通过RS485现场总线扩展现场客户端,通过以太网扩展远程监控系统。在三个控制器并存的情况下,现场服务器主要完成泥浆液面监测及钻井事故报警；现场客户端主要完成自动、手动灌浆和钻井参数监测；远程监控系统主要完成远程监控、钻井参数存储、数据查询和报表输出等功能。系统使用无线传感器网络进行数据采集与控制,部署简单,结构灵活,可以方便配置系统中需要采集的传感器数据；采用ARM-Linux嵌入式平台作为钻井现场的控制器平台,系统结构紧凑,达到了较高的性价比；使用多监控站的结构,方便系统功能进一步扩展,也为用户提供了更加广阔的选择空间；建立了更加完善的报警模型,为钻井事故提供准确快速的报警,保障钻井工程的安全进行。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究的目的和意义  9-10
  1.3 课题研究现状  10-12
  1.4 论文主要研究工作  12-13
  1.5 本章小结  13-14
第2章 整体框架设计  14-18
  2.1 基于嵌入式平台的钻井工程无线监控系统结构  14-17
    2.1.1 系统整体结构设计  14-15
    2.1.2 智能节点在井场的分布  15-17
  2.2 本章小结  17-18
第3章 井场无线传感器网络设计  18-36
  3.1 无线传感器网络介绍  18-20
  3.2 无线节点设计  20-22
    3.2.1 JN5121模块介绍  20-21
    3.2.2 无线节点接口设计  21-22
  3.3 无线节点软件设计  22-35
    3.3.1 协调器节点软件设计  25-31
    3.3.2 液位2节点软件设计  31-32
    3.3.3 立管压力节点软件设计  32-34
    3.3.4 绞车节点软件设计  34-35
    3.3.5 灌浆电机节点软件设计  35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 现场控制器设计  36-63
  4.1 现场服务器硬件设计  36-38
  4.2 现场服务器软件开发环境搭建  38-43
    4.2.1 Boot Loader与内核  38
    4.2.2 LCD驱动和文件系统  38-41
    4.2.3 GUI环境  41-42
    4.2.4 嵌入式数据库  42-43
  4.3 现场服务器监控软件设计  43-53
    4.3.1 Qt/E定时器与串口通信  47-50
    4.3.2 Qt/E多线程与网络通信  50-52
    4.3.3 Qt/E中文化  52-53
  4.4 现场服务器功能  53-58
    4.4.1 监控报警  53-58
    4.4.2 自动灌浆  58
  4.5 现场客户端设计  58-62
    4.5.1 现场客户端软件设计  60-61
    4.5.2 现场客户端功能实现  61-62
  4.6 本章小结  62-63
第5章 远程监控系统设计  63-74
  5.1 远程监控系统平台介绍  63
  5.2 远程监控系统软件设计  63-68
  5.3 远程监控系统功能  68-73
  5.4 本章小结  73-74
第6章 系统测试  74-77
  6.1 无线传感器网络测试  74-76
  6.2 系统整体测试  76
  6.3 本章小结  76-77
第7章 总结与展望  77-79
  7.1 总结  77
  7.2 展望  77-79
参考文献  79-82
致谢  82-83
附录  83
  1. 硕士论文研究期间发表的学术论文  83
  2. 硕士论文研究期间参与的项目与所获的成果  83

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 钻井机械设备 > 钻井机械化与自动化
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