本發(fā)明涉及用于油氣井的監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控方法,尤其涉及一種用于油井、天然氣井的多節(jié)點遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
天然氣是一種綠色環(huán)保、經(jīng)濟實惠、安全可靠的優(yōu)質(zhì)能源,能夠帶給人類高品質(zhì)的生活。因此,天然氣在世界各國得到廣泛使用。在天然氣的生產(chǎn)過程中,需要及時準確地了解天然氣井的生產(chǎn)變化情況,對生產(chǎn)變化情況進行統(tǒng)計和分析,從而合理地管控和協(xié)調(diào)生產(chǎn)過程,以及及時調(diào)整各項生產(chǎn)開發(fā)指標。天然氣井的氣壓、溫度和流量是天然氣生產(chǎn)變化情況的重要參數(shù),對氣壓、溫度和流量的統(tǒng)計是每天每個工人必做的工作,在天然氣生產(chǎn)中占有特殊的地位。天然氣井或者油井大多地處人跡罕至的荒漠野外,其氣壓、溫度和流量的采集一直是困擾天然氣安全生產(chǎn)的難題。以往這些數(shù)據(jù)的采集是以人工巡檢為主,不僅耗費大量的人力、物力和時間,并且存在安全隱患。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于,針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種用于油氣井的多節(jié)點遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)及方法,進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動監(jiān)控,節(jié)省人力、時間、成本,以及降低安全隱患。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
一種用于油氣井的多節(jié)點遠程監(jiān)控管理系統(tǒng),其包括有:至少一個客戶端,所述客戶端用于生成控制指令并上傳至服務(wù)器;多個監(jiān)控節(jié)點,分設(shè)于多個油氣井的井口處,所述監(jiān)控節(jié)點用于進行數(shù)據(jù)采集,且每一監(jiān)控節(jié)點對應(yīng)設(shè)有一ID;一底層通訊服務(wù)接口,用于與所述監(jiān)控節(jié)點建立遠程無線連接;一服務(wù)器,用于將所述控制指令通過底層通訊服務(wù)接口而發(fā)送至指定ID的監(jiān)控節(jié)點,以及通過底層通訊服務(wù)接口遠程接收由監(jiān)控節(jié)點采集的數(shù)據(jù),以供客戶端查詢。
優(yōu)選地,所述監(jiān)控節(jié)點包括有主控模塊,所述主控模塊電連接有:一3G模塊,用于與底層通訊服務(wù)接口建立遠程無線連接;一攝像頭模塊,用于拍攝照片數(shù)據(jù);一傳感器模塊,用于采集數(shù)據(jù);一電源模塊,用于對監(jiān)控節(jié)點供電;一紅外檢測模塊,用于檢測目標區(qū)域內(nèi)的人體紅外信號并上傳至主控模塊;一音頻播報模塊,用于播放語音信號。
優(yōu)選地,所述音頻播報模塊播放的語音信號包括由監(jiān)控節(jié)點內(nèi)置的本地音頻信號以及由客戶端發(fā)出的遠程音頻信號,所述監(jiān)控節(jié)點還包括有用于將本地音頻信號和遠程音頻信號合成為一路信號的音頻疊加模塊。
優(yōu)選地,所述傳感器模塊包括有壓力表、流量計和截斷閥,所述傳感器模塊通過串口方式連接于主控模塊。
優(yōu)選地,所述監(jiān)控節(jié)點包括有多路隔離器,多路隔離器分別設(shè)于壓力表、流量計和截斷閥的輸出線路上。
優(yōu)選地,所述電源模塊包括有太陽能電池及一恒壓電路,所述恒壓電路包括有第一MOS管、第二MOS管、穩(wěn)壓管、NPN管和遲滯比較器,所述第一MOS管和第二MOS管均為N溝道MOS管,所述第一MOS管的漏極作為恒壓電路的輸入端而連接于太陽能電池,所述第一MOS管的漏極與柵極之間連接有第一旁路電阻,所述第一MOS管的柵極還連接于穩(wěn)壓管的陰極,所述穩(wěn)壓管的陽極接地,所述第一MOS管的源極通過依次串聯(lián)的第一分壓電阻和第二分壓電阻接地,所述第一分壓電阻和第二分壓電阻的連接點電壓作為基準電壓而加載于遲滯比較器的同相端,所述第一MOS管的柵極通過依次串聯(lián)的第三分壓電阻、第四分壓電阻和第五分壓電阻接地,所述第三分壓電阻和第四分壓電阻的連接點與遲滯比較器的同相端相連接,以令所述第一MOS管柵極的電壓經(jīng)過分壓后傳輸至遲滯比較器的反相端,所述恒壓電路還包括有第三MOS管,所述第三MOS管為P溝道MOS管,所述第三MOS管的漏極連接于第四分壓電阻和第五分壓電阻之間,所述第三MOS管的源極接地,所述第三MOS管的柵極連接于遲滯比較器的輸出端,所述遲滯比較器的輸出端電壓傳輸至NPN管的基極,所述NPN管的發(fā)射極接地,其集電極連接于第二MOS管的柵極,所述第二MOS管的漏極與柵極之間連接有第二旁路電阻,所述第二MOS管的漏極與第一MOS管的源極相連接,所述第二MOS管的源極作為恒壓電路的輸出端而為監(jiān)控節(jié)點供電。
優(yōu)選地,所述第一MOS管的源極與NPN管的基極之間連接有依次串聯(lián)的第一限流電阻和第二限流電阻,所述遲滯比較器的輸出端和第三MOS管的柵極均與第一限流電阻和第二限流電阻的連接點相連接。
一種用于油氣井的多節(jié)點遠程監(jiān)控管理方法,該方法基于一系統(tǒng)實現(xiàn),所述系統(tǒng)包括有至少一個客戶端、分設(shè)于多個油氣井井口處的多個監(jiān)控節(jié)點、一底層通訊服務(wù)接口及一服務(wù)器,每一監(jiān)控節(jié)點對應(yīng)設(shè)有一ID,所述方法包括如下步驟:步驟S1,系統(tǒng)初始化,所述監(jiān)控節(jié)點通過底層通訊服務(wù)接口與服務(wù)器建立遠程無線連接;步驟S2,所述客戶端生成控制指令并上傳至服務(wù)器;步驟S3,所述服務(wù)器將所述控制指令通過底層通訊服務(wù)接口而發(fā)送至指定ID的監(jiān)控節(jié)點;步驟S4,所述監(jiān)控節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集,并將所采集的數(shù)據(jù)通過底層通訊服務(wù)接口而上傳至服務(wù)器,以供客戶端查詢。
優(yōu)選地,所述步驟S1中,所述監(jiān)控節(jié)點與服務(wù)器建立連接時,若連接成功,則注冊該監(jiān)控節(jié)點,并對監(jiān)控節(jié)點進行鑒權(quán),鑒權(quán)成功后,由服務(wù)器向監(jiān)控節(jié)點發(fā)送命令。
優(yōu)選地,所述服務(wù)器向監(jiān)控節(jié)點發(fā)送的命令包括設(shè)置命令、語音播報命令和拍攝命令,所述監(jiān)控節(jié)點根據(jù)命令所執(zhí)行的操作包括:執(zhí)行設(shè)置命令,并接受參數(shù)設(shè)置;執(zhí)行拍攝命令,并利用攝像頭模塊拍攝照片數(shù)據(jù);執(zhí)行語音播報命令,并利用音頻播報模塊播放語音信號。
優(yōu)選地,所述步驟S1中,所述監(jiān)控節(jié)點與服務(wù)器建立連接時,若連接不成功,則執(zhí)行如下步驟:步驟S10,服務(wù)器延時預(yù)設(shè)時間后,向監(jiān)控節(jié)點發(fā)送心跳幀,若若監(jiān)控節(jié)點響應(yīng)心跳幀,則執(zhí)行步驟S11,若監(jiān)控節(jié)點未響應(yīng)心跳幀,則重復(fù)執(zhí)行該步驟S10;步驟S11,所述服務(wù)器的計數(shù)器加1,當所述計數(shù)器累加為5時,表示監(jiān)控節(jié)點與服務(wù)器成功建立連接。
優(yōu)選地,所述步驟S10中,服務(wù)器延時的時間為10分鐘。
優(yōu)選地,所述步驟S4中,所述監(jiān)控節(jié)點采集的數(shù)據(jù)包括有壓力表數(shù)據(jù)、流量計數(shù)據(jù)和截斷閥數(shù)據(jù),所述壓力表數(shù)據(jù)、流量計數(shù)據(jù)和截斷閥數(shù)據(jù)打包后通過第一串口傳輸至主控模塊,再基于3G模塊上傳至服務(wù)器。
優(yōu)選地,所述主控模塊每隔8秒讀取一次壓力表數(shù)據(jù)、流量計數(shù)據(jù)和截斷閥數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地,所述步驟S4中,所述監(jiān)控節(jié)點采集的數(shù)據(jù)包括由攝像頭模塊攝取的照片數(shù)據(jù),所述攝像頭模塊根據(jù)拍攝命令而拍攝照片,并通過讀取照片參數(shù)而判斷是否拍攝成功,若拍攝成功,則將照片數(shù)據(jù)打包后通過第二串口傳輸至主控模塊,再基于3G模塊上傳至服務(wù)器。
優(yōu)選地,所述監(jiān)控節(jié)點還執(zhí)行誤闖監(jiān)控步驟:當所述紅外檢測模塊檢測到目標區(qū)域內(nèi)有人體紅外信號時,所述主控模塊控制攝像頭模塊拍攝照片數(shù)據(jù)、控制音頻播報模塊播放語音報警信號。
本發(fā)明公開的多節(jié)點遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)及方法中,監(jiān)控節(jié)點與服務(wù)器建立遠程無線連接,客戶端生成的控制指令上傳至服務(wù)器,由服務(wù)器將控制指令發(fā)送至指定ID的監(jiān)控節(jié)點,由監(jiān)控節(jié)點對油氣井的井口處進行數(shù)據(jù)采集,并將所采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器,以供客戶端查詢?;谏鲜鱿到y(tǒng),本發(fā)明可以自動對油氣井井口處的數(shù)據(jù)進行采集,無需人工巡檢,只需在客戶端出即能完成數(shù)據(jù)查詢和指令下達,大大減少了人力、物力和時間,不僅降低了巡檢成本,而且減少了安全隱患。
附圖說明
圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的組成框圖。
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為監(jiān)控節(jié)點的組成框圖。
圖4為恒壓電路的電路原理圖。
圖5為本發(fā)明方法的流程圖。
圖6為本發(fā)明優(yōu)選實施例中的主程序流程圖。
圖7為本發(fā)明優(yōu)選實施例中的傳感器數(shù)據(jù)采集過程流程圖。
圖8為本發(fā)明優(yōu)選實施例中的圖像采集過程流程圖。
圖9為本發(fā)明優(yōu)選實施例中的實時監(jiān)控過程流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作更加詳細的描述。
本發(fā)明公開了一種用于油氣井的多節(jié)點遠程監(jiān)控管理系統(tǒng),結(jié)合圖1和圖2所示,其包括有至少一個客戶端2、多個監(jiān)控節(jié)點1、一底層通訊服務(wù)接口3及一服務(wù)器4,其中:
所述客戶端2用于生成控制指令并上傳至服務(wù)器4;
所述監(jiān)控節(jié)點1分設(shè)于多個油氣井的井口處,所述監(jiān)控節(jié)點1用于進行數(shù)據(jù)采集,且每一監(jiān)控節(jié)點1對應(yīng)設(shè)有一ID;
所述底層通訊服務(wù)接口3用于與所述監(jiān)控節(jié)點1建立遠程無線連接;
所述服務(wù)器4用于將所述控制指令通過底層通訊服務(wù)接口3而發(fā)送至指定ID的監(jiān)控節(jié)點1,以及通過底層通訊服務(wù)接口3遠程接收由監(jiān)控節(jié)點1采集的數(shù)據(jù),以供客戶端2查詢。
上述多節(jié)點遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)中,監(jiān)控節(jié)點1與服務(wù)器4建立遠程無線連接,客戶端2生成的控制指令上傳至服務(wù)器4,由服務(wù)器4將控制指令發(fā)送至指定ID的監(jiān)控節(jié)點1,由監(jiān)控節(jié)點1對油氣井的井口處進行數(shù)據(jù)采集,并將所采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器4,以供客戶端2查詢。基于上述系統(tǒng),本發(fā)明可以自動對油氣井井口處的數(shù)據(jù)進行采集,無需人工巡檢,只需在客戶端2出即能完成數(shù)據(jù)查詢和指令下達,大大減少了人力、物力和時間,不僅降低了巡檢成本,而且減少了安全隱患。
關(guān)于監(jiān)控節(jié)點的具體組成,請參照圖1和圖3,所述監(jiān)控節(jié)點1包括有主控模塊10,所述主控模塊10電連接有:
一3G模塊11,用于與底層通訊服務(wù)接口3建立遠程無線連接;
一攝像頭模塊12,用于拍攝照片數(shù)據(jù);
一傳感器模塊13,用于采集數(shù)據(jù);
一電源模塊14,用于對監(jiān)控節(jié)點1供電;
一紅外檢測模塊15,用于檢測目標區(qū)域內(nèi)的人體紅外信號并上傳至主控模塊10;
一音頻播報模塊16,用于播放語音信號。
本實施例中所述音頻播報模塊16播放的語音信號包括由監(jiān)控節(jié)點1內(nèi)置的本地音頻信號以及由客戶端2發(fā)出的遠程音頻信號,所述監(jiān)控節(jié)點1還包括有用于將本地音頻信號和遠程音頻信號合成為一路信號的音頻疊加模塊。其中,本地音頻信號和遠程音頻信號若采用兩個運放播放,將會產(chǎn)生比較大的干擾,為解決這一問題,本發(fā)明將兩路音頻信號通過信號放大器max660轉(zhuǎn)換后輸送至音頻疊加模塊進行信號合成,該信號放大器max660在聲音信號到達功放時采取信號放大的方式將聲音信號進行放大,其不僅能獲得穩(wěn)定的音頻信號,而且能夠節(jié)省成本。
作為一種優(yōu)選方式,所述傳感器模塊13包括有壓力表、流量計和截斷閥,所述傳感器模塊13通過串口方式連接于主控模塊10。該串口可以是485串行總線。所述監(jiān)控節(jié)點1包括有多路隔離器,多路隔離器分別設(shè)于壓力表、流量計和截斷閥的輸出線路上。
關(guān)于電源部分,結(jié)合圖1、圖3和圖4所示,所述電源模塊14包括有太陽能電池及一恒壓電路,所述恒壓電路包括有第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、穩(wěn)壓管D1、NPN管Q4和遲滯比較器U5,所述第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均為N溝道MOS管,所述第一MOS管Q1的漏極作為恒壓電路的輸入端而連接于太陽能電池,所述第一MOS管Q1的漏極與柵極之間連接有第一旁路電阻R87,所述第一MOS管Q1的柵極還連接于穩(wěn)壓管D1的陰極,所述穩(wěn)壓管D1的陽極接地,所述第一MOS管Q1的源極通過依次串聯(lián)的第一分壓電阻R88和第二分壓電阻R92接地,所述第一分壓電阻R88和第二分壓電阻R92的連接點電壓作為基準電壓而加載于遲滯比較器U5的同相端,所述第一MOS管Q1的柵極通過依次串聯(lián)的第三分壓電阻R85、第四分壓電阻R93和第五分壓電阻R95接地,所述第三分壓電阻R85和第四分壓電阻R93的連接點與遲滯比較器U5的同相端相連接,以令所述第一MOS管Q1柵極的電壓經(jīng)過分壓后傳輸至遲滯比較器U5的反相端,所述恒壓電路還包括有第三MOS管Q3,所述第三MOS管Q3為P溝道MOS管,所述第三MOS管Q3的漏極連接于第四分壓電阻R93和第五分壓電阻R95之間,所述第三MOS管Q3的源極接地,所述第三MOS管Q3的柵極連接于遲滯比較器U5的輸出端,所述遲滯比較器U5的輸出端電壓傳輸至NPN管Q4的基極,所述NPN管Q4的發(fā)射極接地,其集電極連接于第二MOS管Q2的柵極,所述第二MOS管Q2的漏極與柵極之間連接有第二旁路電阻R86,所述第二MOS管Q2的漏極與第一MOS管Q1的源極相連接,所述第二MOS管Q2的源極作為恒壓電路的輸出端而為監(jiān)控節(jié)點1供電。
上述恒壓電路的原理為,以太陽能電池輸出的標準電壓為12V為例,穩(wěn)壓管D1的導(dǎo)通電壓選為2.5V,當太陽能電池輸出的電壓為12V時,所述第一MOS管Q1導(dǎo)通,所述遲滯比較器U5的反相端電壓經(jīng)分壓后小于同相端,遲滯比較器U5輸出高電位,以令NPN管Q4導(dǎo)通,第二MOS管Q2隨之導(dǎo)通,以令恒壓電路輸出12V電壓;當太陽能電池輸出的電壓大于12V時,所述第一MOS管Q1導(dǎo)通,第一MOS管Q1柵極的電壓經(jīng)第三分壓電阻R85、第四分壓電阻R93和第五分壓電阻R95分壓后,加載于遲滯比較器U5的反相端,該遲滯比較器U5的反相端電壓隨太陽能電池的輸出電壓升高,直至高于其同相端,遲滯比較器U5輸出低電位,以令NPN管Q4關(guān)閉,第二MOS管Q2隨之關(guān)閉,進而避免恒壓電路輸出高于12V的電壓,使得監(jiān)控節(jié)點1在穩(wěn)定的電壓范圍下工作。
本實施例中,為了對NPN管Q4起到限流作用,所述第一MOS管Q1的源極與NPN管Q4的基極之間連接有依次串聯(lián)的第一限流電阻R91和第二限流電阻R4,所述遲滯比較器U5的輸出端和第三MOS管Q3的柵極均與第一限流電阻R91和第二限流電阻R4的連接點相連接。
本實施中,遲滯比較器U5采用飛思卡爾工業(yè)級芯片,它包含耳機的低功率立體聲編解碼器,可為需要線路輸入、麥克風輸入、線路輸出、耳機輸出和數(shù)字I/O的便攜式產(chǎn)品提供全面的音頻解決方案。
基于上述內(nèi)容,本發(fā)明還公開一種用于油氣井的多節(jié)點遠程監(jiān)控管理方法,結(jié)合圖1、圖5和圖6所示,該方法基于一系統(tǒng)實現(xiàn),所述系統(tǒng)包括有至少一個客戶端2、分設(shè)于多個油氣井井口處的多個監(jiān)控節(jié)點1、一底層通訊服務(wù)接口3及一服務(wù)器4,每一監(jiān)控節(jié)點1對應(yīng)設(shè)有一ID,所述方法包括如下步驟:
步驟S1,系統(tǒng)初始化,所述監(jiān)控節(jié)點1通過底層通訊服務(wù)接口3與服務(wù)器4建立遠程無線連接;
步驟S2,所述客戶端2生成控制指令并上傳至服務(wù)器4;
步驟S3,所述服務(wù)器4將所述控制指令通過底層通訊服務(wù)接口3而發(fā)送至指定ID的監(jiān)控節(jié)點1;
步驟S4,所述監(jiān)控節(jié)點1根據(jù)所述控制指令進行數(shù)據(jù)采集,并將所采集的數(shù)據(jù)通過底層通訊服務(wù)接口3而上傳至服務(wù)器4,以供客戶端2查詢。
作為一種優(yōu)選方式,所述步驟S1中,所述監(jiān)控節(jié)點1與服務(wù)器4建立連接時,若連接成功,則注冊該監(jiān)控節(jié)點1,并對監(jiān)控節(jié)點1進行鑒權(quán),鑒權(quán)成功后,由服務(wù)器4向監(jiān)控節(jié)點1發(fā)送命令。
進一步地,所述服務(wù)器4向監(jiān)控節(jié)點1發(fā)送的命令包括設(shè)置命令、語音播報命令和拍攝命令,所述監(jiān)控節(jié)點1根據(jù)命令所執(zhí)行的操作包括:
執(zhí)行設(shè)置命令,并接受參數(shù)設(shè)置;
執(zhí)行拍攝命令,并利用攝像頭模塊12拍攝照片數(shù)據(jù);
執(zhí)行語音播報命令,并利用音頻播報模塊16播放語音信號。
作為一種優(yōu)選方式,所述步驟S1中,所述監(jiān)控節(jié)點1與服務(wù)器4建立連接時,若連接不成功,則執(zhí)行如下步驟:
步驟S10,服務(wù)器4延時預(yù)設(shè)時間后,向監(jiān)控節(jié)點1發(fā)送心跳幀,若監(jiān)控節(jié)點1響應(yīng)心跳幀,則執(zhí)行步驟S11,若監(jiān)控節(jié)點1未響應(yīng)心跳幀,則重復(fù)執(zhí)行該步驟S10;優(yōu)選地,服務(wù)器4延時的時間為10分鐘。
步驟S11,監(jiān)控節(jié)點1每響應(yīng)一次心跳幀所述服務(wù)器4的計數(shù)器加1,當所述計數(shù)器累加為5時,表示監(jiān)控節(jié)點1與服務(wù)器4成功建立連接。
作為一種優(yōu)選方式,上述多節(jié)點遠程監(jiān)控管理方法包括如下數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控步驟:
請參照圖1和圖7,所述步驟S4中,所述監(jiān)控節(jié)點1采集的數(shù)據(jù)包括有壓力表數(shù)據(jù)、流量計數(shù)據(jù)和截斷閥數(shù)據(jù),所述壓力表數(shù)據(jù)、流量計數(shù)據(jù)和截斷閥數(shù)據(jù)打包后通過第一串口傳輸至主控模塊10,再基于3G模塊11上傳至服務(wù)器4。進一步地,所述主控模塊10每隔8秒讀取一次壓力表數(shù)據(jù)、流量計數(shù)據(jù)和截斷閥數(shù)據(jù)。
請參照圖1和圖8,所述步驟S4中,所述監(jiān)控節(jié)點1采集的數(shù)據(jù)包括由攝像頭模塊12攝取的照片數(shù)據(jù),所述攝像頭模塊12根據(jù)拍攝命令而拍攝照片,并通過讀取照片參數(shù)而判斷是否拍攝成功,若拍攝成功,則將照片數(shù)據(jù)打包后通過第二串口傳輸至主控模塊10,再基于3G模塊11上傳至服務(wù)器4。其中,讀取照片參數(shù)時,系統(tǒng)提前對照片的大小范圍進行了預(yù)設(shè),接收到的照片若超出預(yù)設(shè)范圍,則系統(tǒng)自動判定為拍攝不成功。
請參照圖1和圖9,所述監(jiān)控節(jié)點1還執(zhí)行誤闖監(jiān)控步驟:當所述紅外檢測模塊15檢測到目標區(qū)域內(nèi)有人體紅外信號時,所述主控模塊10控制攝像頭模塊12拍攝照片數(shù)據(jù)、控制音頻播報模塊16播放語音報警信號
本發(fā)明公開的用于油氣井的多節(jié)點遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)及方法中,在客戶端上就可以獲取天然氣井的各種參數(shù),大大減少了人力、物力和時間的消耗,有效降低了巡檢成本。此外,本發(fā)明還具有誤闖報警功能,對誤闖入油氣井區(qū)域的人員經(jīng)行語音報警,并拍攝照片上傳到服務(wù)器和客戶端,以便及時做出應(yīng)對措施,大大提高了油氣井的安全性,避免了不必要的損失。
以上所述只是本發(fā)明較佳的實施例,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)所做的修改、等同替換或者改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。