低功耗無(wú)線溫度變送器應(yīng)用效果探討

許化文 高春雨（大慶油田自動(dòng)化儀表有限公司）

隨著中石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的具體實(shí)施，大慶油田作為數(shù)字化油田重點(diǎn)建設(shè)單位，其油氣水井、間、站的數(shù)字化管理已經(jīng)開(kāi)始逐步實(shí)施。在井口、間、站安裝溫度變送器完成溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與遠(yuǎn)程傳輸，是實(shí)現(xiàn)油田數(shù)字化管理的關(guān)鍵[1]。以往常規(guī)的溫度變送器功耗大，需要外接電源，工作時(shí)電纜裸露在外界環(huán)境中。安裝施工需要敷設(shè)電纜，動(dòng)用氣焊、電焊，且安裝施工成本高，存在安全隱患。通過(guò)技術(shù)革新，提高了溫度變送器精度，改進(jìn)了傳輸數(shù)據(jù)方式，改進(jìn)了供電方式，解決了變送器耐低溫效果不好、高溫溫漂問(wèn)題，提高了安裝、調(diào)試工作效率，降低了人工、材料成本，降低了安全隱患，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗[2]。

1 功能原理

無(wú)線溫度變送器由電池、電源供電電路、單片機(jī)控制主電路MCU、數(shù)據(jù)采集傳輸電路、無(wú)線通迅電路、NFC 接口電路、放大電路、液晶顯示電路、PT100 溫度傳感器、殼體等組成。其工作原理是，溫度傳感器采集的溫度信號(hào)阻值的變化通過(guò)數(shù)據(jù)采集電路采集，放大電路把信號(hào)放大后通過(guò)MCU 電路進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)溫度通過(guò)無(wú)線通訊電路傳給組網(wǎng)的RTU供主控室操作人員記錄，也可就地顯示供巡檢人員記錄。無(wú)線溫度變送器工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 無(wú)線溫度變送器工作原理

2 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 智能補(bǔ)償，低功耗

該溫度變送器采用STM32 系列32 位單片機(jī)，該單片機(jī)具有能耗低、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且具有溫度補(bǔ)償功能；無(wú)線溫度變送器傳感器選用高精度、高穩(wěn)定性的PT100 型號(hào)，通過(guò)可靠性高的放大電路及AD 采集模塊，將被測(cè)介質(zhì)的溫度通過(guò)無(wú)線通訊模塊傳遞到RTU。精湛的封裝技術(shù)及完善的裝配工藝確保了無(wú)線溫度變送器的優(yōu)異質(zhì)量和最佳性能[3]。無(wú)線溫度變送器可以組成龐大的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有極高的測(cè)量精度和抗干擾能力。

2.2 應(yīng)用成本低，方便快捷

無(wú)線溫度變送器的超低功耗設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)鋰電池使用壽命，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)布線，采用能量型ER26500/3.6V/9 000 mAh 耐低溫鋰電池供電（連續(xù)工作時(shí)間3 a 以上），解決了現(xiàn)場(chǎng)布線問(wèn)題，節(jié)省了以前施工布線所用材料的費(fèi)用；采用插件式模塊化PCB板便于后期維護(hù)，維護(hù)成本更低；分體式傳感器可以隨時(shí)替換玻璃管溫度計(jì)而不必動(dòng)火重新開(kāi)孔施工作業(yè)，安全、環(huán)保、節(jié)能，節(jié)省了改造費(fèi)用；抱箍式安裝方式可以按照現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境抱箍在附近管道上，不受安裝位置環(huán)境影響，安裝、維護(hù)方便快捷；殼體是鋁合金及ABS材料，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，既保證了全密封設(shè)計(jì)，又保證了無(wú)線通信的順暢。外殼具有抗紫外線、抗高低溫、防水、防潮、防塵等特點(diǎn)。

2.3 環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)，適用范圍廣

無(wú)線溫度變送器采用耐高低傳感器，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，供電方式上采用了耐高低溫鋰電池供電，安裝方式上采用分體式安裝，經(jīng)測(cè)試無(wú)線溫度變送器在-40～85 ℃，工作穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集正常，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行條件得到了很大改善[4]，減少了系統(tǒng)故障，減少因高、低溫導(dǎo)致溫度變送器的損壞，延長(zhǎng)了溫度變送器的使用壽命，完全能夠在低溫和高溫介質(zhì)熱輻射的惡劣環(huán)境下運(yùn)行，主要應(yīng)用領(lǐng)域是針對(duì)野外或配套供電環(huán)境不便的場(chǎng)合，如輸油、輸氣、供暖等輸送能源管道場(chǎng)合進(jìn)行溫度檢測(cè)[5]。適合油田老區(qū)改造，計(jì)量閥組間等無(wú)人值守集油輸送遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境等。使整個(gè)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了大幅提高。

2.4 無(wú)線通信，安裝、調(diào)試效率高

原有溫度變送器安裝時(shí)電纜裸露在外易損壞，改造時(shí)需要開(kāi)孔動(dòng)火，存在較大的安全隱患。原有溫度變送器安裝調(diào)試需要多人配合校線聯(lián)調(diào)，無(wú)線溫度變送器中無(wú)線、RFID 通訊功能解決了通訊電纜易損問(wèn)題，同時(shí)還解決了后期安裝維護(hù)成本高，安裝、調(diào)試效率低的問(wèn)題[6]。嵌入RFID電路及外部NFC，可以快速讀取設(shè)置地址等內(nèi)容，一個(gè)人即可以操作，節(jié)省了大量的人工調(diào)試費(fèi)；現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)RFID 通訊直接調(diào)試，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，安裝、調(diào)試效率高。無(wú)線溫度變送器提高了調(diào)試工作效率，降低了人工、材料成本，降低了安全隱患，提升產(chǎn)品質(zhì)量。使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性得到了大幅提高。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該無(wú)線溫度變送器應(yīng)用于大慶油田第三采油廠第二油礦700 臺(tái)、大慶油田第二采油廠1 340 臺(tái)，合計(jì)應(yīng)用2 040 臺(tái)。無(wú)線溫度變送器產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)明顯，減少了施工布線，節(jié)省了人工、材料成本，安裝、調(diào)試效率高，后期維護(hù)簡(jiǎn)便[7-11]。

1）有線溫度變送器年單臺(tái)能耗為0.48 W，單臺(tái)年耗電量4.2048kWh；年節(jié)約用電8577.792kWh。

2）每臺(tái)安裝可節(jié)約1 人次人員施工調(diào)試費(fèi)，人員施工調(diào)試費(fèi)700 元來(lái)計(jì)算，目前已安裝調(diào)試2 040臺(tái)，節(jié)約費(fèi)用142.8萬(wàn)元。

3）無(wú)線溫變無(wú)需施工布線，若布線每臺(tái)有線溫變均需約30 m 線纜，安裝無(wú)線溫度變送器節(jié)省材料費(fèi)36.72萬(wàn)元。

4）無(wú)線溫度變送器安裝施工方便，無(wú)需施工布線，單臺(tái)施工調(diào)試減少一人次，共減少施工調(diào)試2 040/臺(tái)×人次。

4 結(jié)論

該無(wú)線溫度變送器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、維護(hù)、調(diào)試方便，可靠性、穩(wěn)定性高。安裝無(wú)需布線、模塊化、功耗低，安裝、維護(hù)成本低，節(jié)省了以往的人工安裝調(diào)試費(fèi)用、材料費(fèi)等費(fèi)用。且節(jié)能降耗效果明顯，同時(shí)可以提高數(shù)字化油田數(shù)據(jù)信息管理水平?？梢灾苯犹娲胁ＡЧ軠囟扔?jì)，無(wú)需停產(chǎn)作業(yè)，無(wú)需開(kāi)孔布線，壓縮了施工周期，計(jì)量間無(wú)需停產(chǎn)，間接提升了產(chǎn)量，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。