矿业论文LABVIEW在冀东油田上的应用

　　石油开采行业中抽油机是机械采油的重要设备。保证抽油机的正常、科学运行对提高原油产量和油田节能都有重要意义。目前我国大部分油田抽油井的现状是：油井分散，分布范围宽，地区偏远，不宜管理；大部分油井采用人工巡视，抽油机的运行状态和参数不能适时反映到管理中心，在很大程度上影响对油井的合理决策；当抽油机电机发生短路或缺相故障时，需要及时发现并停止电机，而这是人工巡井很难做到的。对低渗透率地区的油井，抽油机运行一段时间后，经常会发生抽空现象，此时抽油机处于轻载或空载状态，如继续运行，势必造成电能和机械能的浪费。

　　【摘要】针对目前河北冀东油田南堡作业区油井分散，分布范围宽，地区偏远，不宜管理等特点，本文主要利用变频器对其电机进行拖动，利用计算机对抽油机进行远程监控。实现无人值守或者少人值守的目的。

　　【关键词】LABVIEW,鸿宝,RS485,MODBUS,CRC,无人值守,油田

　　1.引言

　　针对以上抽油机存在的问题，上海鸿宝生产的高性能矢量变频器HB-E9作为下位机，上位机软件使用NI公司的Labview。本系统集合了目前流行的DSP，虚拟仪器等技术，为解决抽油机目前存在的几个问题，提高自动化程度，实现无人值守或者少人值守的目的。

　　2.系统总体设计

　　抽油机电机采用HB-E9变频器进行控制，上位机采用Labview软件。通讯接口为RS485接口，采用标准的MODBUS协议。

　　鸿宝HB-E9系列变频器为矢量变频器技术，是基于DQ轴理论而产生的，它的基本思路是把电机的电流分解为D轴电流和Q轴电流，其中D轴电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流，这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性.具有低频力矩大、输出平稳、转矩动态响应快、稳速精度高、减速停车速度快、抗干扰能力强等特点。

　　基于虚拟仪器技术实现的上位机监控系统利用LabVIEW强大网络功能、完备的图形控制工具轻松的实现了数据包的处理及波形的直观显示。同时利用LabVIEW的数据库链接工具包及强大的数据分析功能，能够实现大量数据的存储和分析，为进一步研究和控制抽油机提供参考。

　　变频器通信接口为RS485形式，协议为标准的MODBUS协议。Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。

　　3.通讯下位机

　　RS485采用的是半双工工作模式，接口共三根线，公共地，A+，B-。一般工业现场只用接A+，B-两根线。计算机端可以采用RS232转RS485设备或者采用USB转RS485设备。

　　变频器和计算机能够正确的通讯上，需要设置相应的通讯参数，如端口，地址位，波特率，数据位，停止位，奇偶校验方式等。

　　HB-E9系列变频器的ModBus协议通信数据格式分为RTU（远程终端单元）模式和ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInternationalInterchange）模式两种进行通讯。本系统采用RTU模式。具体的协议请参考《HB-E9系列使用说明书》中通讯协议部分。

　　帧的错误校验方式主要包括两个部分的校验，即字节的位校验（奇/偶校验）和帧的整个数据校验（CRC校验或LRC校验）。

　　3.1字节位校验

　　用户可以根据需要选择不同的位校验方式，也可以选择无校验，这将影响每个字节的校验位设置。

　　偶校验的含义：在数据传输前附加一位偶校验位，用来表示传输的数据中“1”的个数是奇数还是偶数，为偶数时，校验位置为“0”，否则置为“1”，用以保持数据的奇偶性不变。

　　奇校验的含义：在数据传输前附加一位奇校验位，用来表示传输的数据中“1”的个数是奇数还是偶数，为奇数时，校验位置为“0”，否则置为“1”，用以保持数据的奇偶性不变。

　　例如，需要传输“11001110”，数据中含5个“1”，如果用偶校验，其偶校验位为“1”，如果用奇校验，其奇校验位为“0”，传输数据时，奇偶校验位经过计算放在帧的校验位的位置，接收设备也要进行奇偶校验，如果发现接受的数据的奇偶性与预置的不一致，就认为通讯发生了错误。

　　3.2CRC校验方式——CRC（CyclicalRedun-dancycheck）

　　使用RTU帧格式，帧包括了基于CRC方法计算的帧错误检测域。CRC域检测了整个帧的内容。CRC域是两个字节，包含16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到帧中。接收设备重新计算收到帧的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两个CRC值不相等，则说明传输有错误。

　　CRC是先存入0xFFFF，然后调用一个过程将帧中连续的6个以上字节与当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。CRC产生过程中，每个8位字符都单独和寄存器内容相异或（XOR），结果向最低有效位方向移动，最高有效位以0填充。LSB被提取出来检测，如果LSB为1，寄存器单独和预置的值相异或，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在最后一位（第8位）完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相异或。最终寄存器中的值，是帧中所有的字节都执行之后的CRC值。CRC的这种计算方法，采用的是国际标准的CRC校验法则，用户在编辑CRC算法时，可以参考相关标准的CRC算法，编写出真正符合要求的CRC计算程序。

　　4.通讯上位机软件

　　Labview语言是美国NI公司为适应计算机和软件技术的发展、加快仪器的开发和完善其功能而退出的。它使用图形化的编程语言，执行程序的顺序是由块之间的数据流决定的。而不是传统文本语言的按命令行次序连续执行。Labview语言具有界面友好、易学易懂、开发周期短等优点，广泛应用于仪器控制、数据采集、数据分析和数据显示等领域。4.1Labview2009串口通讯编程

　　在Labview中进行串口通讯主要利用SerialcompatibilityVIS，包括端口初始化，设定端口号，波特率，数据位，停止位，奇偶校验等，从串口读取数据，向串口写数据等。最后不需要串口时，可以将串口关闭，端口留给别的程序。

　　4.2通讯程序实现的功能

　　通过计算机可以对变频器进行远程启停电机，设置运行频率，读取变频器的运行参数，如变频器的直流母线电流，输出电流，输出电压，输出力矩，故障信息等。其中涉及到CRC校验码的求取和校验，其程序如下：

　　求CRC校验码：

　　判断CRC校验码是否正确程序：

　　部分界面如下：

　　5.结论

　　本文主要利用Labview实现计算机与变频器进行通讯，通过计算机的串行端口来控制变频器，可以方便、直观地控制变频器的运行、监控变频器的运行状态、设置变频器的参数、监控变频器的故障状态。实现变频器的联网及远程监控，实现无人值守或者少人值守。希望本文能给同行提供一种解决问题的思路，能有更多的同仁一起共同努力来提高实现油田等艰苦行业的远程控制自动化水平。

　　参考文献

　　[1]陈树学，刘宣编著.Labview宝典[M].北京：电子工业出版社[M]2011，3.

　　[2]北京：中科泛华测控技术有限公司.计算机虚拟仪器图形化编程LabVIEW实验教材，2003.

　　[3]苏奎峰，吕强，等.TMS320F2812原理与开发[M].北京：电子工业出版社，2005.

　　[4]刘和平.TMS320LF240XDSP结构、原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.