CN103382836A - 用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，包括多个远程终端节点和一个遥测监控中心，所述的远程终端节点之间采用多级中继的方式连接，所述的遥测监控中心和第一级远程终端节点无线连接，每个上级远程终端节点与至少一个下级远程终端节点无线连接。与现有技术相比，本发明具有传输稳定、不需要现场布线、传输范围大且扩展性好等优点。

Description

用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统

技术领域

本发明涉及一种数据传输系统，尤其是涉及一种用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统。

背景技术

大约从50年代至今，钻井现场的数据采集技术经历了三代技术革新，已经发展到目前的CAN总线模式，将现场数据采集技术提高到了更高的应用水平。

第一代产品的主要特点是电子仪表系统，由传感器产生的电信号直接驱动记录仪器，借以记录各种工程参数；随着计算机技术的发展，第二代产品的主要特点是以计算机为基础，并行多道多电缆传感器布局，一般通过数据采集卡进行分时多路采集系统，每一传感器都有一路电缆连接，最后通过接口箱进入计算机系统，这种技术的缺点是布线繁琐；为了解决这一问题，第三代产品主要将各种类型传感器通过一根总线(CANBUS)，通过接口箱和CAN卡引入计算机，就是现在所说的CAN总线模式，这种技术减少了现场布线烦杂等问题，但有时由于某一个传感器的异常或节点抖动也会影响到整个传感器系统，或者说计算机会重新扫描传感器系统；即使这种CAN总线模式的应用有诸多优点，也没有摆脱现场的有线布局现状，给实际应用操作带来了很多不便。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种传输稳定、不需要现场布线、传输范围大且扩展性好的数据传输系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，包括至少一个远程终端节点和一个遥测监控中心，所述的远程终端节点之间采用多级中继的方式连接，所述的遥测监控中心和第一级远程终端节点无线连接，每个上级远程终端节点与至少一个下级远程终端节点无线连接。

所述的远程终端节点的传感信息采集方式包括：定时采集或者根据钻柱的前进距离间隔采集。

所述的远程终端节点为低压低功耗的传感器。

所述的遥测监控中心包括中央监控系统和至少一个终端计算机，所述的中央监控系统和终端计算机通过RS485、RS232接口或USB连接。

该数据传输系统的通讯协议格式依次为：引导字节、接收设备地址、有效加载数据和效验码。

所述的有效加载数据依次为：接收设备识别码、目标设备识别码、源信号设备识别码、状态字和有效数据，所述的有效数据包含的内容为控制命令信息或传感信息，通过状态字进行标识。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用无线传感器系统取代有线传感器布线系统，使钻井现场不需要进行复杂的布线，其移动和维护更为方便。

2、钻井现场的无线数据终端可以随时随地接收和利用钻井测量参数，为监测和数据进一步开发提供一条便捷的途径。

3、无线传感器在维护时不需要对传输线路进行检查，使得维护更加方便。

4、远程终端节点采用多级中继的方式，使得其扩展性高，可以通过增加远程终端节点的方式方便的扩大数据传输系统进行数据采集的范围。

附图说明

图1为本发明实施例的传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，包括多个远程终端节点RTN(Remote Terminal Node)和遥测监控中心，其中遥测监控中心由一个中央监控系统CMS(Center Monitoring System)和终端计算机通过RS485、RS232或USB接口连接组成，每个远程终端节点RTN均采用为低压低功耗的传感器，具有采集模拟、数字和脉冲信号的功能，用于采集录井过程中的各种信息。远程终端节点之间采用多级中继的方式连接，遥测监控中心的中央监控系统和第一级远程终端节点无线连接，每个上级远程终端节点RTN与至少一个下级远程终端节点无线连接。

由于本发明用于石油钻井现场的录井系统，远程终端节点需要设置在钻井的测量设备上，其采集的方式有两种，方式A为每秒循环采集一次传感信息，方式B为钻头每进尺规定间隔采集一次4k字节数据的传感信息。而且由于采用低压低功耗的传感器，电池供电基本不成问题。一块5安时电池可以保证一口3000米井不更换节点电池。电池的工作环境可以采用不同类型的电池进行供电，也可以采用太阳能蓄电电池供电，以解决电池更换问题。

本实施例中数据传输如图1所示，采用多级中继模式，CMS为中央监控系统，RTN1为第一级远程终端节点，RTN2为第二级远程终端节点，RTN3为第三级远程终端节点，RTN4为第四级远程终端节点，其节点数量可以多达65536个，数据共享传输的范围可达方圆一公里，保证了数据传输的可靠性。

在中央监控系统CMS工作信号范围内，各节点RTN和中央监控系统CMS直接交互通讯，RTN1000，RTN2000和中央监控系统CMS之间可以直接通讯，而在中央监控系统CMS信号控制范围外，下级远程节点和它对应的上级远程终端节点通讯，和中央监控系统CMS之间是通过其上级远程终端节点进行中继通讯，第四级的节点RTN1111为第三级节点RTN1110的下级远程终端节点，第三级的RTN1110、RTN1210、RTN1220、RTN2110分别为第二级的RTN1100、RTN1200、RTN2100的下级远程终端节点，而第二级的几个节点为第一级中RTN1000和RTN2000的下级远程终端节点。采用这种方法，可以将系统接力扩展为一个非常庞大的无线传感网络。

由于在该数据传输系统中，中央监控系统可与在其信号覆盖范围内的远程终端节点进行直接通讯，在其工作信号覆盖范围之外的远程终端节点通过其它远程终端节点中继，实现与中央监控系统的间接通讯。中央监控系统要能够根据接收的数据内容判断信号来自哪一个远程终端节点，因此其通讯协议的格式如下表所示：

Pre-Word为引导字节；Add为接收设备地址；Payload为有效加载数据(包括接收设备识别码Jid、目的设备识别码Mid、源信号设备识别码Yid、状态字X及有效数据Data，当状态字X＝1时Data的内容为控制命令信息，用于对设备进行控制，当X＝0时Data为传感信息，用于传输传感器采集的数据)；CRC为校验码。

发送模式时，Add和Payload由微控制器按顺序送入射频模块，Pre-Word和CRC由远程终端节点的微处理器自动加载。接收模块时，远程终端节点先接收一数据包，分别验证Pre-Word、Add和CRC正确后，再将Payload数据送入微处理器进行处理；当接收端的微处理器判断Payload中的Payload中的Jid和本机识别码号一致时，继续处理后继数据，否则放弃该数据包。

系统通讯时，各设备处于正常接收状态：收发使能设置为“真”。在运行过程中，可由用户编程修改使能状态，使几个远程终端节点的设备工作于发送状态。

若设定CMS和所有RTN的地址ADD均为0xE7h，这样，系统内CMS和所有RTN之间可以互相通讯，从而避免了其它系统的干扰。各节点识别码长度根据网络节点级数和容量配置，继承关系分配地址；通讯时，通过对目的机代码Mid和接收机代码Jid的比较和识别，不断修改接收机代码Jid，直至Jid＝Mid为止，实现节点间的自动双向寻址。以图1中系统4级路径为例，所有模块识别码长度均配置为12位，CMS识别码配置为0x0000h。各节点识别码按照上下级路径。继承关系分配地址：第一级节点识别码以高四位区分，其余位均为0，如节点0x1000h与0x2000h；第二级节点识别码高四位继承其上一级节点高四位识别码，以中间四位区分，如RTN1000的下级节点0x1100h与0x1200h；第三级节点继承其上一级节点的前八位识别码，以低四位区分，如0x1200h的下级节点0x1210h与0x1220h。通讯时，按照这种上下级路径关系传输数据，能组成一个较大的无线网络。

在该系统中，远程终端节点的微处理器在接收数据时，主要进行如下处理：

(1)若接收的数据包中，Mid＝0x0000h，Yid为RTNj识别码，则数据来自下级节点RTNj，此时，需将数据继续向CMS方向转发。在转发数据包中，Jid内容由RTNj的CPU对本机识别码的四位识别位清0获得，其它数据不变。

(2)若接收的数据包中，Mid为下级节点识别码，Yid＝0x0000h，则数据来自CMS，需将数据继续向下级路径转发。在此转发数据包中，Jid内容由RTNj的CPU将本机识别码和目的机识别码比较获得。

(3)若接收机的数据包中，Mid为本机识别码，则根据状态字X对有效数据Data，作相应处理。

远程终端节点的中断子程序主要有以下功能：

(1)ADC转换结束标志EOC＝1时产生中断，提醒微处理器将Add、Jid、Mid、Yid、指令和数据Data依次送入发送模块，准备发送，然后将EOC清0，并重新启动ADC转换器，该中断优先级为低。

(2)在远程终端节点收到数据时产生中断，微处理器读取数据，若Payload中Jid为本节点识别码，存储数据，否则将Payload丢弃，该中断优先级为高。

通过将构建的通讯协议应用于用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，可以使得通讯过程更加可靠，此方案硬件电路连接简单，易于调试，各节点编程具有通用性，适用于较大范围内的数据测量，将系统信号采样部分稍加改造，可以应用于有害气体监测与报警系统、智能家庭、温度、湿度采集远程抄表等多种领域，因此，具有较高的实用推广价值。

Claims (6)

1.一种用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，包括至少一个远程终端节点和一个遥测监控中心，其特征在于，所述的远程终端节点之间采用多级中继的方式连接，所述的遥测监控中心和第一级远程终端节点无线连接，每个上级远程终端节点与至少一个下级远程终端节点无线连接。

2.根据权利要求1所述的用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，其特征在于，所述的远程终端节点的传感信息采集方式包括：定时采集或者根据钻柱的前进距离间隔采集。

3.根据权利要求1所述的用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，其特征在于，所述的远程终端节点为低压低功耗的传感器。

4.根据权利要求1所述的用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，其特征在于，所述的遥测监控中心包括中央监控系统和至少一个终端计算机，所述的中央监控系统和终端计算机通过RS485、RS232或USB接口连接。

5.根据权利要求1所述的用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，其特征在于，该数据传输系统的通讯协议格式依次为：引导字节、接收设备地址、有效加载数据和效验码。

6.根据权利要求1所述的用于石油钻井现场的录井无线传感器数据传输系统，其特征在于，所述的有效加载数据依次为：接收设备识别码、目标设备识别码、源信号设备识别码、状态字和有效数据，所述的有效数据包含的内容为控制命令信息或传感信息，通过状态字进行标识。

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