CN103281371A - 基于4g移动网络的抽油机远程控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于4G移动网络的抽油机远程控制系统及控制方法，将抽油机端检测到的油井电气数据、机械参数和视频数据分别经过信号处理后进行封装，利用4G通信网络传输给控制中心，控制中心根据得到的信息进行分析后，将控制数据传回抽油机侧，以实现高精度高效率的抽油机远程控制。本发明优选使用4G移动网络进行数据传输，并能够根据移动网络的实时畅通状况，选择不同的网络模式与远程控制中心连接，以确保抽油机和远程控制中心之间的网络连接通道稳定通常，从而使采集到的抽油机数据能够稳定地传送回控制中心，以便在发生异常时及时返回处理方案，保证抽油机端能够连续正常运作。
Description
技术领域
本发明属于抽油机远程控制技术领域，尤其是涉及基于4G移动网络的抽油机远程控制系统及其控制方法。
背景技术
掌握各种设备的能源消耗情况，是加强能源耗费的管理重要环节。抽油机是油田重要的生产装备，同样也是能耗大户，是油田生产管理和节能减排的重点。中国石油工业协会统计，中国抽油机的保有量在10万个，年增量在5000个；抽油机电动机总容量3500MW，每年耗电量超过百亿KWh，效率20-30%，国内平均为25.96%，国外平均为30.05%，节能潜力巨大。
目前，大部分油田的油井设置在各个产油偏远地区,不仅地域分散，而且治安环境复杂，因偷盗造成的停井现象时有发生；示功图、回压、平衡率、耗电量等关键生产参数无法连续实时监测，因天气、设备故障、人为因素造成的停井不能及时发现和处理，严重影响了原油产量，并造成单井能耗高，油井寿命缩短。改变现有依赖人工的油井生产管理方式，提高机采系统的信息化和自动化管理水平，减少故障停井，降低油井能耗，提高生产效率是油田生产过程自动化管理的重要内容。因此，开发一种自动化的抽油机远程控制系统成为当务之急。
我们知道，一个完善的油井远程控制系统不仅应对多路实时的油井电气和机械参数进行监测，更需要对视频监控的视频数据流进行传输，而以往的2G网络由于传输速率的瓶颈制约，并不能有效支持视频数据的快速传输。目前国内外流行的3G网络，上、下行速率相较2G有了数百倍的提高，传输大量视频流数据亦成为可能。而未来将要全面推广的4G网络在传输速度上又有了长足的进步，因此将4G技术融入抽油机远程控制系统中也将成为必然，而目前国内外尚未公开同类型技术案例。
发明内容
本发明公开了一种融合4G网络传输技术进行抽油机远程控制的系统及方法，将抽油机端检测到的油井电气数据、机械参数和视频数据分别经过信号处理后进行封装，利用4G通信网络传输给控制中心，控制中心根据得到的信息进行分析后，将控制数据传回抽油机侧，以实现高精度高效率的抽油机远程控制。但同时必须考虑到，由于目前4G网络还未全面试行，而全新架构的网络适应和调配过程较为漫长，因此可以预见到的是，在未来很长一段时间内，由于4G网络可能具有的不稳定因素，必然将存在和4G网络3G网络同时并行的情况，因此本发明着重点在于能够同时利用3G和4G网络，以期达到监控数据的可靠传输，从而在网络并行过渡时期实现对抽油机的精细远程控制。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于4G移动网络的抽油机远程控制系统，包括数据采集模块、信号处理模块、存储器、通信模式控制模块、4G网络通信模块、3G网络通信模块、中心控制模块及远程控制终端，所述数据采集模块用于将采集到的数据传输给信号处理模块，信号处理模块用于对数据进行处理后传输给存储器进行数据存储，中心控制模块用于控制数据的定时传输，通信模式控制模块用于根据可用的网络连接状态选择合适的网络通信模块，3G网络通信模块和4G网络通信模块用于通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端，远程控制终端对数据进行运算分析、根据预先设定的判断阈值选取相应的预设处理步骤、将处理信息通过移动通信网络传输给中心控制模块；所述通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站，若在一定时间内能得到反馈信息则启动4G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端，若不能得到反馈信息则启动3G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端。
作为抽油机远程控制系统的优选方案，所述数据采集模块包括传感器单元和视频采集单元。
作为抽油机远程控制系统的优选方案，所述信号处理模块对数据的处理，包括以下至少一种方式：提取异常数据并传输给存储器；将超出预定阈值的数据传输给存储器；将数据进行压缩/加密并通过有线/无线通信方式传输给存储器。
作为抽油机远程控制系统的优选方案，所述4G网络通信模块为TD-LTE模块和/或LTE-FDD模块。
作为抽油机远程控制系统的优选方案，所述3G网络通信模块为TD-SCDMA通信模块和/或WCDMA通信模块和/或CDMA2000通信模块。
一种基于4G网络的抽油机远程控制方法，包括如下步骤：
（1） 所述数据采集模块中的传感器单元连续采集抽油机各项参数、视频采集单元采集抽油机现场视频数据，数据采集模块将采集到的数据传输给信号处理模块；
（2） 信号处理模块用于对数据进行处理后传输给存储器进行数据存储；
（3） 中心控制模块根据设定的时间间隔，定时从存储器中提取数据并驱动通信模式控制模块进行网络模式选择；
（4） 通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站，若在一定时间内能得到反馈信息则执行步骤（5），若不能得到反馈信息则执行步骤（6）；
（5） 启动4G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端；
（6） 启动3G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端；
（7） 远程控制终端对数据进行运算分析、并与预先设定的判断阈值相比对，当数据超出阈值时，向抽油机端发送处理信息。
作为抽油机远程控制方法的改进技术方案，步骤（4）中通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站时，分别通过TD-LTE模块和LTE-FDD模块进行发送，并选择最快给出反馈信息的模块与移动通信网络连接。
作为抽油机远程控制方法的改进技术方案，步骤（6）中启动3G网络通信模块之前还包括如下步骤：通信模式控制模块分别通过TD-SCDMA通信模块和/或WCDMA通信模块和/或CDMA2000通信模块发送测试信息至3G移动网络基站，并选择最快给出反馈信息的模块与移动通信网络连接。
本发明提供的基于4G移动网络的抽油机远程控制系统及控制方法，优选使用4G移动网络进行数据传输，并能够根据移动网络的实时畅通状况，选择不同的网络模式与远程控制中心连接，以确保抽油机和远程控制中心之间的网络连接通道稳定通常，从而使采集到的抽油机数据能够稳定地传送回控制中心，以便在发生异常时及时返回处理方案，保证抽油机端能够连续正常运作。更进一步地，在连接4G网络和3G网络时，能够优化选择最快的移动通道，实现信息精确快速传输。
附图说明
图1为本发明提供的基于4G移动网络的抽油机远程控制系统结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示的基于4G移动网络的抽油机远程控制系统，包括数据采集模块、信号处理模块、存储器、通信模式控制模块、4G网络通信模块、3G网络通信模块、中心控制模块及远程控制终端。
其中，数据采集模块包括传感器单元和视频采集单元，传感器单元包括电压传感器和电流传感器，分别用于测量抽油机的工作电压和工作电流。测得的数据传输给信号处理模块，信号处理模块对数据进行处理后传输给存储器进行数据存储。中心控制模块用于控制数据的定时传输。3G网络通信模块和4G网络通信模块用于通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端，通信模式控制模块用于根据可用的网络连接状态选择合适的网络通信模块，具体的实现方式为：通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站，若在一定时间内能得到反馈信息则启动4G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端，若不能得到反馈信息则启动3G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端；远程控制终端对数据进行运算分析、根据预先设定的判断阈值选取相应的预设处理步骤、将处理信息通过移动通信网络传输给中心控制模块。前述的一定时间，应在通信模式控制模块中预先设定，例如30秒。信号处理模块用于对信号进行整流滤波和AD转换处理，有利于数据存储以及后续数据传输，在启动本系统前应预先在中心控制模块内设定时间间隔，例如30分钟，每隔30分钟中心控制模块即向通信模式控制模块发出信号选择合适的网络通信模块进行数据传输。远程控制终端中预先设定有抽油机正常工作时各项数据的阈值，远程控制终端对数据进行常规分析后，根据预先设定的阈值判断，当数据超出阈值时（例如电压过高或电流过大时），则采取相应的步骤，例如发出信号控制抽油机停止工作或发出报警信息，向工作人员发出警告。本发明在远程控制终端中对数据进行分析判断，无需在抽油机端配置分析装置，避免了设备的重复投入。远程控制终端可采用服务器等大型数据处理平台，也可采用笔记本、平板电脑等移动终端，采用移动终端的好处在于具备优良的便携性和时效性，操作人员可随身携带移动终端以实时监测抽油机侧的运行状况。远程控制终端侧优选连接数据库，以将从抽油机侧获取的数据进行存储作为备案，以供工作人员进行历史数据查验，利于抽油机的后期调校。
作为抽油机远程控制系统的一种改进方案，所述信号处理模块对数据的处理，还包括以下至少一种方式：提取异常数据并传输给存储器；将超出预定阈值的数据传输给存储器；通过上述两种方式，信号处理模块能够将抽油机运行中的特殊异常数据以及超出阈值的数据筛选出来并进行存储，从而在抽油机现场留下异常记录，便于维护人员在现场查看比对，对抽油机进行维修调试。信号处理模块还可以包括压缩和/或加密单元，对数据进行压缩和/或加密后并通传输给存储器，信号处理模块与存储器的传输方式可为有线或无线通信方式，有线通信方式更为可靠但布线投入成本高，容易受到当地环境制约，而无线通信方式不受环境制约，但信号传输不稳定，可以根据抽油机现场环境选择不同的通信方式，也可以同时配备两种通信方式，以求更为稳定快速的传输效果。
作为抽油机远程控制系统的优选方案，所述4G网络通信模块为TD-LTE模块和/或LTE-FDD模块。由于我国将要全面并行两种4G通信系统，可以根据当地网络条件，选择配备不同网络制式下的通信模块，也可以同时配备两种模块。
作为抽油机远程控制系统的优选方案，所述3G网络通信模块为TD-SCDMA通信模块和/或WCDMA通信模块和/或CDMA2000通信模块。由于我国已经全面并行三种3G通信系统，可以根据当地网络条件，选择配备不同网络制式下的通信模块，也可以同时配备其中两种模块甚至全部三种模块。
基于上述抽油机远程控制系统，本发明还提供一种基于4G网络的抽油机远程控制方法，包括如下步骤：
（1） 所述数据采集模块中的传感器单元连续采集抽油机各项参数、视频采集单元采集抽油机现场视频数据，数据采集模块将采集到的数据传输给信号处理模块；
（2） 信号处理模块用于对数据进行处理后传输给存储器进行数据存储；
（3） 中心控制模块根据设定的时间间隔，定时从存储器中提取数据并驱动通信模式控制模块进行网络模式选择；
（4） 通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站，若在一定时间内能得到反馈信息则执行步骤（5），若不能得到反馈信息则执行步骤（6）；
（5） 启动4G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端；
（6） 启动3G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端；
（7） 远程控制终端对数据进行运算分析、并与预先设定的判断阈值相比对，当数据超出阈值时，向抽油机端发送处理信息。
作为抽油机远程控制方法的改进技术方案，当本系统中同时配置有TD-LTE模块和LTE-FDD模块时，步骤（4）中通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站时，分别通过TD-LTE模块和LTE-FDD模块进行发送，并选择最快给出反馈信息的模块与移动通信网络连接。
作为抽油机远程控制方法的改进技术方案，当本系统中同时配置有TD-SCDMA通信模块、WCDMA通信模块和CDMA2000通信模块的其中两种或同时配备三种时，步骤（6）中启动3G网络通信模块之前还包括如下步骤：通信模式控制模块分别通过TD-SCDMA通信模块和/或WCDMA通信模块和/或CDMA2000通信模块发送测试信息至3G移动网络基站，并选择最快给出反馈信息的模块与移动通信网络连接。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (8)
1.一种基于4G移动网络的抽油机远程控制系统，其特征在于：包括数据采集模块、信号处理模块、存储器、通信模式控制模块、4G网络通信模块、3G网络通信模块、中心控制模块及远程控制终端，所述数据采集模块用于将采集到的数据传输给信号处理模块，信号处理模块用于对数据进行处理后传输给存储器进行数据存储，中心控制模块用于控制数据的定时传输，通信模式控制模块用于根据可用的网络连接状态选择合适的网络通信模块，3G网络通信模块和4G网络通信模块用于通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端，远程控制终端对数据进行运算分析、根据预先设定的判断阈值选取相应的预设处理步骤、将处理信息通过移动通信网络传输给中心控制模块；所述通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站，若在一定时间内能得到反馈信息则启动4G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端，若不能得到反馈信息则启动3G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端。
2.根据权利要求1所述的基于4G移动网络的抽油机远程控制系统，其特征在于：所述数据采集模块包括传感器单元和视频采集单元。
3.根据权利要求1或2所述的基于4G移动网络的抽油机远程控制系统，其特征在于：所述信号处理模块对数据的处理，包括以下至少一种方式：提取异常数据并传输给存储器；将超出预定阈值的数据传输给存储器。
4.根据权利要求1或2所述的基于4G移动网络的抽油机远程控制系统，其特征在于：所述4G网络通信模块为TD-LTE模块和/或LTE-FDD模块。
5.根据权利要求1或2所述的基于4G移动网络的抽油机远程控制系统，其特征在于：所述3G网络通信模块为TD-SCDMA通信模块和/或WCDMA通信模块和/或CDMA2000通信模块。
6.一种基于4G网络的抽油机远程控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
所述数据采集模块中的传感器单元连续采集抽油机各项参数、视频采集单元采集抽油机现场视频数据，数据采集模块将采集到的数据传输给信号处理模块；
信号处理模块对数据进行处理后传输给存储器进行数据存储；
中心控制模块根据设定的时间间隔，定时从存储器中提取数据并驱动通信模式控制模块进行网络模式选择；
通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站，若在一定时间内能得到反馈信息则执行步骤（5），若不能得到反馈信息则执行步骤（6）；
启动4G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端；
启动3G网络通信模块通过移动通信网络将数据传输给远程控制终端；
远程控制终端对数据进行运算分析、并与预先设定的判断阈值相比对，当数据超出阈值时，向抽油机端发送处理信息。
7.根据权利要求6所述的基于4G网络的抽油机远程控制方法，其特征在于：步骤（4）中通信模式控制模块发送测试信息至4G移动网络基站时，分别通过TD-LTE模块和LTE-FDD模块进行发送，并选择最快给出反馈信息的模块与移动通信网络连接。
8.根据权利要求6或7所述的基于4G网络的抽油机远程控制方法，其特征在于：步骤（6）中启动3G网络通信模块之前还包括如下步骤：通信模式控制模块分别通过TD-SCDMA通信模块和/或WCDMA通信模块和/或CDMA2000通信模块发送测试信息至3G移动网络基站，并选择最快给出反馈信息的模块与移动通信网络连接。
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