基于ARM的油田單井油罐太陽能加溫控制器的設(shè)計(jì)

油田中的采油系統(tǒng)分布相對(duì)較為稀疏，油罐儲(chǔ)存和傳輸過程中需要對(duì)油溫進(jìn)行加熱，以避免因原油凝固而不能傳送到中間站進(jìn)行處理。由于每個(gè)井口的分布位置相對(duì)較遠(yuǎn)，因此需要對(duì)每個(gè)單獨(dú)的油罐進(jìn)行加溫控制。目前所使用的加溫裝置大多是以伴生氣為燃料的水套爐或者以電能為能源的電加熱器等[1]。水套爐存在熱效率低、能耗高、爐體易產(chǎn)生燒蝕損壞、維修維護(hù)成本高等弊端，而且，伴生氣燃燒過程中所排放的廢氣對(duì)環(huán)境造成污染。電加熱器存在耗電高、易停電、頻繁掃管、造價(jià)高等弊端。本文提出了一套以太陽能集熱器為主、熱泵熱水器為輔助熱能提供裝置、ARM為主要控制器的加熱系統(tǒng)[2]。熱泵與太陽能集熱設(shè)備、蓄熱機(jī)構(gòu)相聯(lián)接的系統(tǒng)方式, 不僅能夠有效克服太陽能本身所具有的稀薄性和間歇性，而且可以充分利用太陽能，解決原油集輸、儲(chǔ)運(yùn)全天候供熱問題,達(dá)到節(jié)能和減少環(huán)境污染的目的, 具有很大的應(yīng)用潛力[3]。
1 系統(tǒng)功能
油田單井的油罐太陽能加溫控制系統(tǒng)主要通過ARM控制器、溫度采集卡及觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能油罐的加熱和對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。油田單井的油罐太陽能加溫控制器系統(tǒng)主要包括石油儲(chǔ)油罐、太陽能集熱場(chǎng)、熱水箱、補(bǔ)水箱、空氣源熱泵、低熱管、電加熱器、電磁閥、10只溫度傳感器和溫度控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)主要功能為：在光照條件好時(shí)，主要由太陽能集熱裝置為油罐加熱；在光照不足的條件下，利用熱泵為油罐補(bǔ)充加熱；當(dāng)熱泵出現(xiàn)故障時(shí)，利用電加熱為油罐加熱。智能化控制裝置提高了太陽能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能, 從而解決了原油集輸、儲(chǔ)、運(yùn)全天候供熱問題，同時(shí)也大大節(jié)省了電能的使用[4]。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
油田單井的油罐太陽能加溫控制器主要由溫度采集卡、ARM控制器、液位傳感器、觸摸屏和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。工作過程為溫度采集卡實(shí)時(shí)對(duì)10路溫度信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集，采集到的信號(hào)通過信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，再通過模擬開關(guān)選擇相應(yīng)的傳輸通道，通過AIN0輸入口把數(shù)據(jù)發(fā)送到ARM處理器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后由ARM微處理器根據(jù)相應(yīng)的條件對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的判斷，同時(shí)將采集到的溫度值實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上。也可以通過觸摸屏對(duì)系統(tǒng)的工作起始時(shí)間，循環(huán)泵的溫差值等各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)
油田單井的油罐太陽能加溫控制器主要完成顯示、存儲(chǔ)、控制以及通信等功能?？紤]到本系統(tǒng)對(duì)微控制器的要求較高，特別是處理器的運(yùn)算速度要求較高，在處理過程中需要較多的存儲(chǔ)空間及外擴(kuò)接口，而傳統(tǒng)的單片機(jī)已不能滿足要求，因此本設(shè)計(jì)采用三星的S3C2410ARM作為微控制器。硬件設(shè)計(jì)包括：ARM的最小系統(tǒng)[5]、溫度采集卡電路、觸摸屏電路等模塊電路的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)控制器的原理框圖如圖2所示。

2.2 存儲(chǔ)器接口硬件設(shè)計(jì)
S3C2410A在片內(nèi)具有獨(dú)立的SDRAM刷新控制邏輯，可方便地與SDRAM接口。油田油罐加溫控制器終端采用了2片16位數(shù)據(jù)寬度的HY57V561620芯片并聯(lián)構(gòu)建成32位的SDRAM存儲(chǔ)器系統(tǒng)，共有64 MB的SDRAM空間。S3C2410A處理器支持從NAND Flash啟動(dòng)，NAND Flash具有容量大、比NOR Flash價(jià)格低等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用NAND Flash與SDRAM組合，可以獲得非常高的性價(jià)比。該系統(tǒng)采用了一片型號(hào)為K9F1208UOM、容量為64 MB的NAND Flash芯片。NAND Flash中存放bootloader代碼和WINCE操作系統(tǒng)的鏡像文件。同時(shí)設(shè)置OM[1：0]=00，即處理器從NAND Flash啟動(dòng)。NAND Flash和處理器的接口框圖如圖3所示。