一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，包括傳感器組，傳感器組通過電路連接第一MCU，第一MCU通過電路連接井下通信模塊，井下通信模塊通過電力線連接井上通信模塊，井上通信模塊通過電路連接第二MCU，第二MCU通過通信接口連接外部主機(jī)。本發(fā)明的有益效果是采用電力載波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，不需要額外線路投資，成本低。
【專利說明】一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)采集與傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn) 程傳輸系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油田開發(fā)的深入，油井含水量逐漸升高，抽油機(jī)井偏磨現(xiàn)象也日益嚴(yán)重，嚴(yán)重 影響了油井的產(chǎn)量。而使用井下直線電機(jī)無桿采油技術(shù)則能從根本上杜絕油井偏磨現(xiàn)象的 發(fā)生，由于直線電機(jī)放置在油井內(nèi)部，距地面幾公里，若不及時(shí)準(zhǔn)確地了解井下幾千米的機(jī) 組及其運(yùn)行環(huán)境的狀態(tài)，就難以做到更為合理的開采。鑒于此現(xiàn)狀，開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的井 下電機(jī)環(huán)境參數(shù)通信系統(tǒng)，將井下電機(jī)的環(huán)境參數(shù)采集后傳輸至井上通信模塊，完成井下 電機(jī)環(huán)境參數(shù)（如溫度、壓力等）的計(jì)算與判斷，從而有效控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制采油速 度的目的，以保證油管內(nèi)液面高度的相對(duì)穩(wěn)定，使直線電機(jī)在穩(wěn)定的工作環(huán)境中能夠經(jīng)久 耐用，并且可以使油井達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)定量、平穩(wěn)生產(chǎn)的目的。這對(duì)于提高我國在此領(lǐng)域的競(jìng)爭力 具有重要意義。
[0003] -種基于藍(lán)牙的油井參數(shù)采集與傳輸系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、藍(lán)牙通訊模塊、主 控制器。其數(shù)據(jù)采集模塊上連接有藍(lán)牙通訊模塊，同時(shí)在主控制器上安裝藍(lán)牙通訊模塊，其 數(shù)據(jù)的傳輸是通過無線傳輸即藍(lán)牙通訊的方式來實(shí)現(xiàn)。但是采用藍(lán)牙傳輸?shù)姆绞絺鬏斁嚯x 較短，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。
[0004] 目前還有一種基于泄漏無線通信的油井參數(shù)采集與傳輸系統(tǒng)，除了基本的數(shù)據(jù)采 集和傳輸模塊，最大的特點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸方式是采用有線傳輸，需要鋪設(shè)專用的泄漏電纜通 信線路。但是泄露無線通信成本高造價(jià)貴，需要鋪設(shè)專用的泄漏電纜通信線路，且信號(hào)接收 范圍受限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，解決了 現(xiàn)有的搜集井下電機(jī)環(huán)境的無線系統(tǒng)需要鋪設(shè)專用的泄漏電纜通信線路，造價(jià)高的問題。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括傳感器組，傳感器組通過電路連接第一 MCU，第一 MCU通過電路連接井下通信模塊，井下通信模塊通過電力線連接井上通信模塊，井上通信模 塊通過電路連接第二MCU，第二MCU通過通信接口連接外部主機(jī)。
[0007] 進(jìn)一步，所述井下通信模塊包括第一 SSCP485電力載波芯片、第一 12MHz晶體、輸 出濾波電路、SSCP111功率放大芯片和第一耦合變壓保護(hù)模塊；
[0008] 其中，第一 MCU電路連接第一 SSCP485電力載波芯片，第一 SSCP485電力載波芯片 通過電路分別連接第一 12MHz晶體、輸出濾波電路和SSCP111功率放大芯片，輸出濾波電路 通過電路連接SSCP111功率放大芯片，SSCP111功率放大芯片通過電路連接第一耦合變壓 保護(hù)模塊，第一耦合變壓保護(hù)模塊連接電力線。
[0009] 進(jìn)一步，所述井上通信模塊包括第二MCU、第二SSCP485電力載波芯片、第二12MHz 晶體、前置放大電路、輸入濾波電路和第二耦合變壓保護(hù)模塊；
[0010] 其中，第二MCU通過電路連接第二SSCP485電力載波芯片，第二SSCP485電力載波 芯片通過電路分別連接第二12MHz晶體和前置放大電路，前置放大電路通過電路連接輸入 濾波電路，輸入濾波電路通過電路連接第二耦合變壓保護(hù)模塊，第二耦合變壓保護(hù)模塊連 接電力線。
[0011] 擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)過隔直電容后由耦合變壓器（原邊與副邊比為1:1)將信號(hào)耦合至電 力線上。耦合是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的電路元件或電路網(wǎng)絡(luò)的輸入與輸出之間存在緊密配合 與相互影響，并通過相互作用從一側(cè)向另一側(cè)傳輸能量的現(xiàn)象。耦合變壓器就是指參與耦 合過程的變壓器。保護(hù)電路主要是針對(duì)電力線上高電壓進(jìn)行限制，以便保證耦合變壓器不 被毀壞。接收過程是發(fā)送的逆過程。從電力線上傳來的擴(kuò)頻通信信號(hào)經(jīng)耦合變壓器耦合后 傳輸至井上模塊，以便井上模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。電力線無電的時(shí)候，仍然可以通過電力線 來進(jìn)行信號(hào)的傳輸。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是采用電力載波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，不需要額外線路 投資，成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明井下通信模塊示意圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明井上通信模塊示意圖。
[0016] 圖中，1.傳感器組，2.第一 MCU，3.井下通信模塊，4·電力線，5·井上通信模塊， 6.第二MCU，301.第一 SSCP485電力載波芯片，302.第一 12MHz晶體，303.輸出濾波電路， 304. SSCP111功率放大芯片，305.第一耦合變壓保護(hù)模塊，501.第二SSCP485電力載波芯 片，502.第二12MHz晶體，503.前置放大電路，504.輸入濾波電路，505.第二耦合變壓保護(hù) 模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018] 本發(fā)明如圖1所示，是實(shí)現(xiàn)一種低成本遠(yuǎn)距離油井參數(shù)的傳輸，其系統(tǒng)包括傳感 器組1，傳感器1通過電路連接第一 MCU2,第一 MCU2通過電路連接井下通信模塊3,井下通 信模塊3通過電力線4連接井上通信模塊5,井上通信模塊5通過電路連接第二MCU6,第二 MCU6通過通信接口連接外部主機(jī)。
[0019] 如圖2所示，井下通信模塊3包括第一 SSCP485電力載波芯片301、第一 12MHz晶 體302、輸出濾波電路303、SSCP111功率放大芯片304和第一耦合變壓保護(hù)模塊305。其中 第一 12MHz晶體302為整個(gè)井下通信模塊3提供時(shí)鐘基準(zhǔn)。井下通信模塊3上電后，第一 SSCP485電力載波芯片301輸出4MHz時(shí)鐘給第一 MCU2 ;第一 MCU2發(fā)送RST復(fù)位信號(hào)給第 一 SSCP485電力載波芯片301，復(fù)位后第一 SSCP485電力載波芯片301等待第一 MCU2發(fā)來 的數(shù)據(jù)；第一 MCU2置第一 SSCP485電力載波芯片301的WL信號(hào)為高電平，表示選擇數(shù)據(jù)幀 的長度為l〇bit ;第一 MCU2內(nèi)部含有l(wèi)ObitAD，可將傳感器組1傳來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號(hào)，并通過信號(hào)DI將數(shù)據(jù)串行發(fā)至第一 SSCP485電力載波芯片301 ;第一 SSCP485電力 載波芯片301在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)將ILD信號(hào)置為低電平，并將數(shù)字信號(hào)調(diào)制為模擬信號(hào)由 SO發(fā)出，經(jīng)SSCP111功率放大芯片304后由第一耦合變壓保護(hù)模塊305輸出至電力線上。
[0020] 如圖3所示，井上通信模塊5包括第二MCU6、第二SSCP485電力載波芯片501、第 二12MHz晶體502、前置放大電路503、輸入濾波電路504和第二耦合變壓保護(hù)模塊505。其 中第二12MHz晶體502、4MHz、RST、WL、ILD、DI等信號(hào)功能與井下通信模塊3相同。第一耦 合變壓保護(hù)模塊305將電力線4上的信號(hào)耦合至井上通信模塊5，耦合信號(hào)經(jīng)率和前值放大 后輸入至第二SSCP485電力載波芯片501 ;第二SSCP485電力載波芯片501將耦合信號(hào)解 調(diào)后變?yōu)閿?shù)字量并經(jīng)R0送給第二MCU6 ;第二MCU6對(duì)解調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲取井下電機(jī) 的環(huán)境參數(shù)并由串口上傳至上位機(jī)。
[0021] 電力線4上傳輸電力時(shí)，本身會(huì)有一種頻率為50Hz的信號(hào)，本發(fā)明系統(tǒng)中井下通 信模塊還會(huì)發(fā)送100-400KHZ的調(diào)制信號(hào)，這樣在接收端的信號(hào)就會(huì)有除了調(diào)制信號(hào)以外 的50Hz的電信號(hào)（不考慮別的干擾情況下），由于這兩個(gè)信號(hào)頻率相隔較大，處理時(shí)我們只 在100-400KHZ頻段上進(jìn)行，故50Hz的電信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的傳輸影響很小。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集與 傳輸系統(tǒng)由于應(yīng)用于油田采油上，電力線4采用工業(yè)供電電纜，電力線4上的電壓為380v， 并可擴(kuò)展為1140v。第二MCU6對(duì)電力線4傳輸來的信號(hào)進(jìn)行解碼，采集井上壓力參數(shù)并與 井下數(shù)據(jù)聯(lián)合解算，然后將最終數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。該系統(tǒng)能夠工作于85°C高溫，并能夠?qū)?信號(hào)通過電力線可靠的傳送至相距2000m的井上模塊，完成井下電機(jī)環(huán)境參數(shù)（如溫度、壓 力等）的計(jì)算與判斷，從而有效控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制采油速度的目的，使直線電機(jī)在穩(wěn) 定的工作環(huán)境中能夠經(jīng)久耐用，并且可以使油井達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)定量、平穩(wěn)生產(chǎn)的目的。
[0022] 壓力和溫度參數(shù)分別通過下面各自的計(jì)算公式得到油氣液面高度和井下溫度參 數(shù)。
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在于：包括傳感器組（1)， 傳感器組（1)通過電路連接第一 MCU (2)，第一 MCU (2)通過電路連接井下通信模塊（3)，井 下通信模塊（3)通過電力線（4)連接井上通信模塊（5)，井上通信模塊（5)通過電路連接第 二MCU (6)，第二MCU (6)通過通信接口連接外部主機(jī)。
2. 按照權(quán)利要求1所述一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在 于：所述井下通信模塊（3)包括第一 SSCP485電力載波芯片（301)、第一 12MHz晶體（302)、 輸出濾波電路（303)、SSCP111功率放大芯片（304)和第一耦合變壓保護(hù)模塊（305); 其中，第一 MCU(2)電路連接第一 SSCP485電力載波芯片（301)，第一 SSCP485電力載波 芯片（301)通過電路分別連接第一 12MHz晶體（302)、輸出濾波電路（303)和SSCP111功率 放大芯片（304)，輸出濾波電路（303)通過電路連接SSCP111功率放大芯片（304)，SSCP111 功率放大芯片（304)通過電路連接第一耦合變壓保護(hù)模塊（305)，第一耦合變壓保護(hù)模塊 (305)連接電力線（4)。
3. 按照權(quán)利要求1所述一種直線采油電機(jī)環(huán)境參數(shù)采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在 于：所述井上通信模塊（5)包括第二MCU(6)、第二SSCP485電力載波芯片（501)、第二12MHz 晶體（502)、前置放大電路（503)、輸入濾波電路（504)和第二耦合變壓保護(hù)模塊（505); 其中，第二MCU(6)通過電路連接第二SSCP485電力載波芯片（501)，第二SSCP485電力 載波芯片（501)通過電路分別連接第二12MHz晶體（502)和前置放大電路（503)，前置放大 電路（503)通過電路連接輸入濾波電路（504)，輸入濾波電路（504)通過電路連接第二耦合 變壓保護(hù)模塊（505)，第二耦合變壓保護(hù)模塊（505)連接電力線（4)。
【文檔編號(hào)】H04B3/54GK104243583SQ201410471244
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】秦國棟, 蔡晶晶, 武斌, 鮑丹, 劉高高, 李鵬, 馮小平, 張葵 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)