CN104243583A - 一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统 - Google Patents

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武斌
鲍丹
刘高高
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张葵
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Abstract

本发明公开了一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统，包括传感器组，传感器组通过电路连接第一MCU，第一MCU通过电路连接井下通信模块，井下通信模块通过电力线连接井上通信模块，井上通信模块通过电路连接第二MCU，第二MCU通过通信接口连接外部主机。本发明的有益效果是采用电力载波技术来实现数据的可靠传输，不需要额外线路投资，成本低。

Description

一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统
技术领域
本发明属于数据采集与传输技术领域，涉及一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统。
背景技术
随着油田开发的深入，油井含水量逐渐升高，抽油机井偏磨现象也日益严重，严重影响了油井的产量。而使用井下直线电机无杆采油技术则能从根本上杜绝油井偏磨现象的发生，由于直线电机放置在油井内部，距地面几公里，若不及时准确地了解井下几千米的机组及其运行环境的状态，就难以做到更为合理的开采。鉴于此现状，开发具有自主产权的井下电机环境参数通信系统，将井下电机的环境参数采集后传输至井上通信模块，完成井下电机环境参数(如温度、压力等)的计算与判断，从而有效控制电机转速，达到控制采油速度的目的，以保证油管内液面高度的相对稳定，使直线电机在稳定的工作环境中能够经久耐用，并且可以使油井达到稳产定量、平稳生产的目的。这对于提高我国在此领域的竞争力具有重要意义。
一种基于蓝牙的油井参数采集与传输系统，包括数据采集模块、蓝牙通讯模块、主控制器。其数据采集模块上连接有蓝牙通讯模块，同时在主控制器上安装蓝牙通讯模块，其数据的传输是通过无线传输即蓝牙通讯的方式来实现。但是采用蓝牙传输的方式传输距离较短，无法实现数据的远距离传输。
目前还有一种基于泄漏无线通信的油井参数采集与传输系统，除了基本的数据采集和传输模块，最大的特点数据的传输方式是采用有线传输，需要铺设专用的泄漏电缆通信线路。但是泄露无线通信成本高造价贵，需要铺设专用的泄漏电缆通信线路，且信号接收范围受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统，解决了现有的搜集井下电机环境的无线系统需要铺设专用的泄漏电缆通信线路，造价高的问题。
本发明所采用的技术方案是包括传感器组，传感器组通过电路连接第一MCU，第一MCU通过电路连接井下通信模块，井下通信模块通过电力线连接井上通信模块，井上通信模块通过电路连接第二MCU，第二MCU通过通信接口连接外部主机。
进一步，所述井下通信模块包括第一SSCP485电力载波芯片、第一12MHz晶体、输出滤波电路、SSCP111功率放大芯片和第一耦合变压保护模块；
其中，第一MCU电路连接第一SSCP485电力载波芯片，第一SSCP485电力载波芯片通过电路分别连接第一12MHz晶体、输出滤波电路和SSCP111功率放大芯片，输出滤波电路通过电路连接SSCP111功率放大芯片，SSCP111功率放大芯片通过电路连接第一耦合变压保护模块，第一耦合变压保护模块连接电力线。
进一步，所述井上通信模块包括第二MCU、第二SSCP485电力载波芯片、第二12MHz晶体、前置放大电路、输入滤波电路和第二耦合变压保护模块；
其中，第二MCU通过电路连接第二SSCP485电力载波芯片，第二SSCP485电力载波芯片通过电路分别连接第二12MHz晶体和前置放大电路，前置放大电路通过电路连接输入滤波电路，输入滤波电路通过电路连接第二耦合变压保护模块，第二耦合变压保护模块连接电力线。
扩频信号经过隔直电容后由耦合变压器(原边与副边比为1:1)将信号耦合至电力线上。耦合是指两个或两个以上的电路元件或电路网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。耦合变压器就是指参与耦合过程的变压器。保护电路主要是针对电力线上高电压进行限制，以便保证耦合变压器不被毁坏。接收过程是发送的逆过程。从电力线上传来的扩频通信信号经耦合变压器耦合后传输至井上模块，以便井上模块对信号进行处理。电力线无电的时候，仍然可以通过电力线来进行信号的传输。
本发明的有益效果是采用电力载波技术来实现数据的可靠传输，不需要额外线路投资，成本低。
附图说明
图1是本发明一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统结构示意图；
图2是本发明井下通信模块示意图；
图3是本发明井上通信模块示意图。
图中，1.传感器组，2.第一MCU，3.井下通信模块，4.电力线，5.井上通信模块，6.第二MCU，301.第一SSCP485电力载波芯片，302.第一12MHz晶体，303.输出滤波电路，304.SSCP111功率放大芯片，305.第一耦合变压保护模块，501.第二SSCP485电力载波芯片，502.第二12MHz晶体，503.前置放大电路，504.输入滤波电路，505.第二耦合变压保护模块。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明如图1所示，是实现一种低成本远距离油井参数的传输，其系统包括传感器组1，传感器1通过电路连接第一MCU2，第一MCU2通过电路连接井下通信模块3，井下通信模块3通过电力线4连接井上通信模块5，井上通信模块5通过电路连接第二MCU6，第二MCU6通过通信接口连接外部主机。
如图2所示，井下通信模块3包括第一SSCP485电力载波芯片301、第一12MHz晶体302、输出滤波电路303、SSCP111功率放大芯片304和第一耦合变压保护模块305。其中第一12MHz晶体302为整个井下通信模块3提供时钟基准。井下通信模块3上电后，第一SSCP485电力载波芯片301输出4MHz时钟给第一MCU2；第一MCU2发送RST复位信号给第一SSCP485电力载波芯片301，复位后第一SSCP485电力载波芯片301等待第一MCU2发来的数据；第一MCU2置第一SSCP485电力载波芯片301的WL信号为高电平，表示选择数据帧的长度为10bit；第一MCU2内部含有10bitAD，可将传感器组1传来的模拟信号转换为数字信号，并通过信号DI将数据串行发至第一SSCP485电力载波芯片301；第一SSCP485电力载波芯片301在接收数据的同时将ILD信号置为低电平，并将数字信号调制为模拟信号由SO发出，经SSCP111功率放大芯片304后由第一耦合变压保护模块305输出至电力线上。
如图3所示，井上通信模块5包括第二MCU6、第二SSCP485电力载波芯片501、第二12MHz晶体502、前置放大电路503、输入滤波电路504和第二耦合变压保护模块505。其中第二12MHz晶体502、4MHz、RST、WL、ILD、DI等信号功能与井下通信模块3相同。第一耦合变压保护模块305将电力线4上的信号耦合至井上通信模块5，耦合信号经率和前值放大后输入至第二SSCP485电力载波芯片501；第二SSCP485电力载波芯片501将耦合信号解调后变为数字量并经RO送给第二MCU6；第二MCU6对解调后的数据进行处理获取井下电机的环境参数并由串口上传至上位机。
电力线4上传输电力时，本身会有一种频率为50Hz的信号，本发明系统中井下通信模块还会发送100-400KHz的调制信号，这样在接收端的信号就会有除了调制信号以外的50Hz的电信号(不考虑别的干扰情况下)，由于这两个信号频率相隔较大，处理时我们只在100-400KHz频段上进行，故50Hz的电信号对系统的传输影响很小。本发明数据采集与传输系统由于应用于油田采油上，电力线4采用工业供电电缆，电力线4上的电压为380v，并可扩展为1140v。第二MCU6对电力线4传输来的信号进行解码，采集井上压力参数并与井下数据联合解算，然后将最终数据传送给上位机。该系统能够工作于85℃高温，并能够将信号通过电力线可靠的传送至相距2000m的井上模块，完成井下电机环境参数(如温度、压力等)的计算与判断，从而有效控制电机转速，达到控制采油速度的目的，使直线电机在稳定的工作环境中能够经久耐用，并且可以使油井达到稳产定量、平稳生产的目的。
压力和温度参数分别通过下面各自的计算公式得到油气液面高度和井下温度参数。
实际测量的电压与温度的换算公式为V(V)＝(273+T)μA×1.2K(T为摄氏温度)，解算后的最终数据利用RS232C接口上传至上位机。
本发明技术方案带来的有益效果在于：通过电力载波技术来实现油井参数的传输，无需铺设专用线缆，投资成本低，使用方便等优点。
发明数据采集与传输系统由于井下模块与地面相距远，因此，要求井下与井上模块通信距离最大为2000m，具有通信距离远的优点。
本发明所涉及的井下数据采集和传输模块由于工作于井下复杂环境，并采用电力线进行通信传输，数据传输时干扰较大。本发明采用BCH编码进行纠错码设计，保证数据传输的可靠性。
本发明涉及井下压力、温度等参数采集传输领域，涉及数据的采集、编码、传输，主要针对井下几千米到井上数据传输难的问题，采用电力载波技术来实现数据的可靠传输，利用坚固可靠地电力线作为载波信号的传输媒介，使得信息传输稳定可靠、路由合理，并且不需要额外线路投资、成本低，通信传输距离远。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统，其特征在于：包括传感器组(1)，传感器组(1)通过电路连接第一MCU(2)，第一MCU(2)通过电路连接井下通信模块(3)，井下通信模块(3)通过电力线(4)连接井上通信模块(5)，井上通信模块(5)通过电路连接第二MCU(6)，第二MCU(6)通过通信接口连接外部主机。
2.按照权利要求1所述一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统，其特征在于：所述井下通信模块(3)包括第一SSCP485电力载波芯片(301)、第一12MHz晶体(302)、输出滤波电路(303)、SSCP111功率放大芯片(304)和第一耦合变压保护模块(305)；
其中，第一MCU(2)电路连接第一SSCP485电力载波芯片(301)，第一SSCP485电力载波芯片(301)通过电路分别连接第一12MHz晶体(302)、输出滤波电路(303)和SSCP111功率放大芯片(304)，输出滤波电路(303)通过电路连接SSCP111功率放大芯片(304)，SSCP111功率放大芯片(304)通过电路连接第一耦合变压保护模块(305)，第一耦合变压保护模块(305)连接电力线(4)。
3.按照权利要求1所述一种直线采油电机环境参数采集与远程传输系统，其特征在于：所述井上通信模块(5)包括第二MCU(6)、第二SSCP485电力载波芯片(501)、第二12MHz晶体(502)、前置放大电路(503)、输入滤波电路(504)和第二耦合变压保护模块(505)；
其中，第二MCU(6)通过电路连接第二SSCP485电力载波芯片(501)，第二SSCP485电力载波芯片(501)通过电路分别连接第二12MHz晶体(502)和前置放大电路(503)，前置放大电路(503)通过电路连接输入滤波电路(504)，输入滤波电路(504)通过电路连接第二耦合变压保护模块(505)，第二耦合变压保护模块(505)连接电力线(4)。
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