CN110130849B - 一种基于物联网的防喷器控制系统 - Google Patents

一种基于物联网的防喷器控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网的防喷器控制系统，其包括终端标识单元、数据采集单元、数据传输单元、状态监测单元和中心处理单元，终端标识单元和数据采集单元的输出端与数据传输单元电连接，状态监测单元的输入端与数据传输单元电连接，数据传输单元的输出端与中心处理单元电连接；数据采集单元包括数据采集模块，数据采集模块包括压力传感器、液位传感器、定位装置和电控箱；状态监测单元包括显示器与声光报警装置；中心处理单元包括服务器，服务器内包括但不限于中心处理芯片与存储芯片。本发明通过电子标签对每个防喷器进行标记、并且能够对每个防喷器均进行实时监控的效果。

Description

一种基于物联网的防喷器控制系统
技术领域
本发明涉及防喷器的技术领域，尤其是涉及一种基于物联网的防喷器控制系统。
背景技术
防喷器是用于试油、修井、完井等作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生，将全封和半封两种功能合为一体，具有结构简单，易操作，耐高压等特点，是油田常用的防止井喷的安全密封井口装置。
石油钻井时，安装在井口套管头上，用来控制高压油、气、水的井喷装置。在井内油气压力很高时，防喷器能把井口封闭(关死)。从钻杆内压入重泥浆时，其闸板下有四通，可替换出受气侵的泥浆，增加井内液柱的压力，以压住高压油气的喷出。
现有技术中，可参考的授权公告号为CN104035383B的中国专利，其公开了一种地面防喷器及节流管汇无线远程集中控制系统及方法,属于石油天然气井控技术领域。在现有蓄能器装置上增加节流管汇液动节流阀控制装置，集中控制箱，司钻控制台和无线遥控台；通过节流管汇液动节流阀控制装置和集中控制箱实现地面防喷器和节流管汇在液压控制和电气控制系统结构上的整合；司钻控制台和无线遥控台分别提供统一的地面防喷器和节流管汇控制操作界面，以有线连接和无线连接两种方式对地面防喷器和节流管汇实施有线的远程集中控制和无线的远程集中控制。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有技术中对防喷器进行远程控制与监控，从而减少人为操作风险，并实现远距离控制，但这种方式只能对单个的防喷器进行控制与监控，无法同时分辨多个防喷器，从而无法实现对多个防喷器的同时控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子标签对每个防喷器进行标记、并且能够对每个防喷器均进行实时监控的基于物联网的防喷器控制系统。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于物联网的防喷器控制系统，包括终端标识单元、数据采集单元、数据传输单元、状态监测单元和中心处理单元，终端标识单元和数据采集单元的输出端与数据传输单元电连接，状态监测单元的输入端与数据传输单元电连接，数据传输单元的输出端与中心处理单元电连接，终端标识单元包括电子标签，在每个防喷器及与防喷器相连的液控、管汇均加装电子标签，电子标签能够记录防喷器、液控与管汇的入库、出库、使用情况、使用区域和维修情况；数据采集单元包括数据采集模块，数据采集模块包括压力传感器、液位传感器、定位装置和电控箱，压力传感器共有多个并分别设于井内的储能器压力、管汇压力、环形空间压力以及运行时的油管压力进行实时监测；数据传输单元包括数据传输模块，数据传输模块内设有模数转换器与数模转换器；状态监测单元包括显示器与声光报警装置，在中心处理单元控制数据传输单元发出信号之后，显示器与声光装置进行相应的显示与报警；中心处理单元包括服务器，服务器内包括但不限于中心处理芯片与存储芯片，每个电子标签的基础信息均预先存储在存储芯片内，并且数据采集单元内的信息通过数据传输单元传输到中心处理芯片，而后再通过中心处理芯片传输到存储芯片内进行存储，并且在进行声光报警时，显示器通过电子标签自动显示相应防喷器的编号。
通过采用上述技术方案，每个防喷器均通过电子标签进行标记，而后通过在每个防喷器上均设置数据采集单元以对防喷器的各个数据进行采集，而后通过数据传输单元输送到中心处理单元内，中心处理单元将每个防喷器上的数据均通过数据传输单元传输到显示器上进行显示，并且通过液位传感器对井内的液位进行监测，在液位处于非正常范围时能够及时将信号送入到声光报警装置内进行声光报警，从而能够实现对多个防喷器的同时监控。
本发明进一步设置为：还包括实时定位单元，所述实时定位单元包括基站辅助定位模块和GPS定位模块，防喷器通过其中央控制单元的网络接口传输器位置信息，电信移动网络基站获取每个防喷器位置信息并输送到中心处理单元的数据传输模块，而后GPS定位模块通过卫星定位并将位置信息传输给中心处理单元，这样每个防喷器的位置信息通过GPS定位模块和基站辅助定位模块进行双重定位。
通过采用上述技术方案，通过基站辅助定位模块和GPS定位模块进行双重定位以提高防喷器的定位精度，这样在相应的防喷器发生问题之后，能够及时找到相应的位置进行检修。
本发明进一步设置为：所述存储芯片内存储有液位计模型与液位高度动态模型，中心处理芯片内载入有驱动程序并带动液位高度动态模型中的液位上下移动。
通过采用上述技术方案，在液位传感器感应到井内的液位信号时，其通过数据传输模块并将信号传输到中心处理芯片，中心处理芯片根据接收到液位的高度控制液位上下移动，工作人员能够直观地看到井内的液位。
本发明进一步设置为：所述存储芯片内存储有存储有储能器、管汇与油管的压力表模型与动态指针模型，中心处理芯片中载入有驱动程序并带动动态指针转动。
通过采用上述技术方案，在液位传感器感应到井内的液位异常时，都会将信号通过信号传输模块送入到中心处理芯片内，而后中心处理芯片通过数据传输模块控制声光报警器报警，工作人员能够直观地观察到液位的不同而能够采取相应的措施。
本发明进一步设置为：所述声光报警装置与数据传输模块电连接，声光报警装置包括但不限于声光报警器，在液位传感器感应到井内的液位过高与过低时，均会将信号通过信号传输模块送入到中心处理芯片内，而后中心处理芯片通过数据传输模块控制声光报警器报警。
通过采用上述技术方案，液位传感器检测井内的液位，在井内液位过高或者过低时均进行声光报警以减少危险的发生。
本发明进一步设置为：所述中心处理芯片定期获取电控箱内的已有数据，并且按照一定的时间间隔对现场各种传感器的数据进行记录并存储在存储芯片内，中心处理单元的数据输入模块电连接输入模块，输入模块包括键盘、手机。
通过采用上述技术方案，通过定期对各种传感器接收到的数据进行记录并存储，这样在需要时能够根据传感器的工作情况来得到各个防喷器的工作情况。
本发明进一步设置为：在存储芯片内存储有报警、设备工作时间、传感器传输数据信息，这些信息按照时间进行归类，通过搜索相应的时间段将存储芯片内的数据调出并显示在显示屏上，以查出相应时间段的报警信息、设备工作信息。
通过采用上述技术方案，通过对各种信息进行归类以更方便地查到各个防喷器的各种信息。
本发明进一步设置为：所述中心处理芯片上设有数据搜索功能，通过手机或者键盘等输入设备，通过对电子标签上的防喷器编号、使用区域这样关键词可以快速调出相应的防喷器并输送到手机或者显示器上进行查看。
通过采用上述技术方案，通过设置数据搜索功能以更加方便地找到各个防喷器以进行查看。
本发明进一步设置为：在对防喷器进行现场试压时，通过输入设备能够调出相应的防喷器位置的压力传感器、液位传感器等数据并在后台进行间接监控。
通过采用上述技术方案，在对防喷器进行现场试压时，通过后台监测能够比较准确地得出现场试压的信息，并能够及时得知突发状况并进行处理。
本发明进一步设置为：所述数据采集单元还包括视频监控单元，视频监控模块与数据传输单元电连接，视频监控模块采用全景监控，视频监控模块包括多个摄像机并分别以不同角度和不同位置拍摄防喷器，防喷器传输的信号通过数据传输单元输送到中心处理芯片内，在需要查看时，中心处理芯片将存储芯片内的相关内容调出，并通过数据传输单元输送到显示器或者手机上，并且多个摄像机拍摄到的图像分布在整幅图像的不同位置，从而形成全景图像。
通过采用上述技术方案，工作人员通过观察防喷器工作时的全景图像以更方便地得电各个防喷器的准确信息，并能够对突发状况进行及时处理。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.本发明通过设置终端标识单元、数据采集单元、数据传输单元、状态监测单元和中心处理单元以实现对每个防喷器的实时监控；
2.本发明通过设置基站辅助定位模块和GPS定位模块来得电更为精准的防喷器的位置信息；
3.本发明通过在存储芯片内存储液位计模型与液位高度动态模型以更加方便地对井内的液位进行观察。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中，1、终端标识单元；2、实时定位单元；3、数据采集单元；4、数据传输单元；5、状态监测单元；6、中心处理单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种基于物联网的防喷器控制系统，包括终端标识单元1、实时定位单元2、数据采集单元3、数据传输单元4、状态监测单元5和中心处理单元6。数据传输单元4与终端标识单元1电连接，终端标识单元1包括电子标签。在每个防喷器及与防喷器相连的液控、管汇均加装电子标签，液控为单个防喷器的中央控制单元以及其网络接口，电子标签能够记录防喷器、液控与管汇的入库、出库、使用情况、使用区域和维修情况，并且不限于这些信息。
该电子标签为无天线RFID金属标签，并且每个电子标签均连接数据采集系统，数据采集系统可以为ZEBRARFID数据采集系统，并不限于该数据采集系统，ZEBRARFID数据采集系统能够在各种复杂环境中采集数据信息，在局域网受限时，可以灵活地实用批处理模式工作，并且该数据采集系统对电子标签进行加密处理，以可以更为妥善地保护客户信息，并防止未授权的篡改信息。
电子标签记录的信息通过ZEBRARFID数据采集系统来将采集到的电子芯片的信息送入到中心处理单片内。
中央处理单元包括服务器，服务器内包括但不限于中心处理芯片与存储芯片，每个电子标签的基础信息均预先存储在存储芯片内，并且数据采集单元3内的信息通过数据传输单元4传输到中心处理芯片，而后再通过中心处理芯片传输到存储芯片内进行存储。
数据采集单元3可以通过数据采集模块GD-DC128及GD-DC64实现数据采集功能。数据采集模块包括但不限于压力传感器、液位传感器、定位装置和电控箱，压力传感器共有多个并分别设于井内的储能器压力、管汇压力、环形空间压力以及运行时的油管压力进行实时监测，液位传感器对井内的液位进行实时监测，在井内的液位过高或者过低时均进行报警。定位装置与实时定位单元2电连接，电控箱内设有与压力传感器、液位传感器和定位装置相连的电控元器件，定位装置采集防喷器的位置信息并输送到电控箱内，而后由电控箱传输到数据传输单元4。
数据传输单元4由数据传输模块组成，数据传输模块的型号可以为GD-DT24GW，并且不限于该型号，数据传输模块内设有模数转换器与数模转换器，数据传输模块的输入端与数据采集模块电连接，其输出端与服务器电连接，并且该数据传输模块支撑双SIM卡与WIFI连接，对应收集较差的环境可以通过WIFI热点接入，并且该数据传输模块内设有冗余备份链路，冗余备份链路可以确保网络连接的稳定性。
实时定位单元2包括基站辅助定位模块和GPS定位模块，防喷器通过其中央控制单元的网络接口传输器位置信息，电信移动网络基站获取每个防喷器位置信息并输送到中心处理单元6的数据传输模块，而后GPS定位模块通过卫星定位并将位置信息传输给中心处理单元6，这样每个防喷器的位置信息通过GPS定位模块和基站辅助定位模块进行双重定位，并且以GPS定位模块为主，基站辅助定位模块对GPS定位模块得到的位置信息进行轻微的调整，以得到防喷器准确的位置信息。
状态监测模块包括显示器与声光报警装置，显示器和声光报警装置均与数据传输模块电连接，存储芯片内存储有储能器、管汇与油管的压力表模型与动态指针模型，中心处理芯片中载入有驱动程序并带动动态指针转动。多个压力传感器的压力信号通过数据传输模块并信号传输到中心处理芯片，中心处理芯片根据传输过来的压力大小以控制动态指针的转动，这样动态指针能够实时显示储能器、管汇与油管内的压力大小，工作人员能够比较方便地看到各个位置的压力状况。
并且存储芯片内存储有液位计模型与液位高度动态模型，中心处理芯片内载入有驱动程序并带动液位高度动态模型中的液位上下移动，在液位传感器感应到井内的液位信号时，其通过数据传输模块并将信号传输到中心处理芯片，中心处理芯片根据接收到液位的高度控制液位上下移动，工作人员能够直观地看到井内的液位。
声光报警装置与数据传输模块电连接，声光报警装置包括但不限于声光报警器，在液位传感器感应到井内的液位过高或者过低时，都会将信号通过信号传输模块送入到中心处理芯片内，而后中心处理芯片通过数据传输模块控制声光报警器报警，并且在进行声光报警时，显示器通过电子标签自动显示相应防喷器的编号。
中心处理芯片定期获取电控箱内的已有数据，并且按照一定的时间间隔对现场各种传感器的数据进行记录并存储在存储芯片内，中心处理单元6的数据传输模块电连接输入模块，输入模块包括但不限于键盘、手机。手机上安装有与数据传输模块相连的APP。在存储芯片内存储有报警、设备工作时间、传感器传输数据等信息，这些信息按照时间进行归类，通过搜索相应的时间段可以将存储芯片内的数据调出并显示在显示屏上，以查出相应时间段的报警信息、设备工作信息。
并且可以对中心处理芯片进行数据搜索功能，通过手机或者键盘等输入设备，通过对电子标签上的防喷器编号、使用区域等关键词可以快速调出相应的防喷器并输送到手机或者显示器上进行查看。
在存储芯片内存储有各个防喷器的GPS的定位信息，并通过搜索出相应的防喷器可以直接查到GPS的定位信息，在发生液位报警时，通过搜索相应的防喷器能够快速找到该防喷器的位置并进行处理。
在对防喷器进行现场试压时，通过输入设备能够调出相应的防喷器位置的压力传感器、液位传感器等数据并在后台进行间接监控，能够比较准确地得出现场试压的信息，并能够及时得知突发状况并进行处理。
中心处理芯片上设有PLC更新单元，新的PLC程序能够直接输入到中心处理芯片内并进入到存储芯片内保存起来，并且通过键盘或者手机等输入模块能够将新的PLC程序调出并输送防喷器的中央控制单元内，中央控制单元内将新的PLC程序替换掉旧的PLC程序。
在中心处理芯片上设置接口协议模块，在需要添加新的对电、液、气等参数的监控时，通过将新的监控通过数据传输模块接入到接口协议模块内，接入到的数据存储到存储芯片内，从而实现对新参数的实时监控和历史记录。
数据采集单元3还包括视频监控单元，视频监控单元与数据传输单元4电连接，视频监控模块采用全景监控，视频监控模块包括多个摄像机并分别以不同角度和不同位置拍摄防喷器，防喷器传输的信号通过数据传输单元4输送到中心处理芯片内，中心处理芯片将传输过来的图像输送到存储芯片内，在需要对图像进行查看时，中心处理芯片可以将存储芯片内的相关内容调出，并通过数据传输单元4输送到显示器或者手机上，并且多个摄像机拍摄到的图像分布在整幅图像的不同位置，从而形成全景图像，这样工作人员能够更加直观地看到防喷器的工作情况。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本0发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于物联网的防喷器控制系统，其特征在于：包括终端标识单元(1)、数据采集单元(3)、数据传输单元(4)、状态监测单元(5)和中心处理单元(6)，终端标识单元(1)和数据采集单元(3)的输出端与数据传输单元(4)电连接，状态监测单元(5)的输入端与数据传输单元(4)电连接，数据传输单元(4)的输出端与中心处理单元(6)电连接，终端标识单元(1)包括电子标签，在每个防喷器及与防喷器相连的液控、管汇均加装电子标签，电子标签能够记录防喷器、液控与管汇的入库、出库、使用情况、使用区域和维修情况，所述电子标签为无天线RFID金属标签，并且每个电子标签均连接数据采集系统，液控为单个防喷器的中央控制单元以及其网络接口；
数据采集单元(3)包括数据采集模块，数据采集模块包括压力传感器、液位传感器、定位装置和电控箱，压力传感器共有多个并分别设于井内对储能器压力、管汇压力、环形空间压力以及运行时的油管压力进行实时监测；数据传输单元(4)包括数据传输模块，数据传输模块内设有模数转换器与数模转换器；状态监测单元(5)包括显示器与声光报警装置，在中心处理单元(6)控制数据传输单元(4)发出信号之后，显示器与声光报警装置进行相应的显示与报警；
中心处理单元(6)包括服务器，服务器内包括但不限于中心处理芯片与存储芯片，每个电子标签的基础信息均预先存储在存储芯片内，并且数据采集单元(3)内的信息通过数据传输单元(4)传输到中心处理芯片，而后再通过中心处理芯片传输到存储芯片内进行存储，并且在进行声光报警时，显示器通过电子标签自动显示相应防喷器的编号；
还包括实时定位单元(2)，所述实时定位单元(2)包括基站辅助定位模块和GPS定位模块，防喷器通过其中央控制单元的网络接口传输其位置信息，电信移动网络基站获取每个防喷器位置信息并输送到中心处理单元(6)，而后GPS定位模块通过卫星定位并将位置信息传输给中心处理单元(6)，这样每个防喷器的位置信息通过GPS定位模块和基站辅助定位模块进行双重定位；
所述数据采集单元(3)还包括视频监控模块，视频监控模块与数据传输单元(4)电连接，视频监控模块采用全景监控，视频监控模块包括多个摄像机并分别以不同角度和不同位置拍摄防喷器，防喷器传输的信号通过数据传输单元(4)输送到中心处理芯片内，在需要查看时，中心处理芯片将存储芯片内的相关内容调出，并通过数据传输单元(4)输送到显示器或者手机上，并且多个摄像机拍摄到的图像分布在整幅图像的不同位置，从而形成全景图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的防喷器控制系统，其特征在于：所述存储芯片内存储有液位计模型与液位高度动态模型，中心处理芯片内载入有驱动程序并带动液位高度动态模型中的液位上下移动。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的防喷器控制系统，其特征在于：所述存储芯片内存储有储能器、管汇与油管的压力表模型与动态指针模型，中心处理芯片中载入有驱动程序并带动动态指针转动。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的防喷器控制系统，其特征在于：所述声光报警装置与数据传输模块电连接，声光报警装置包括但不限于声光报警器。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的防喷器控制系统，其特征在于：所述中心处理芯片定期获取电控箱内的已有数据，并且按照一定的时间间隔对现场各种传感器的数据进行记录并存储在存储芯片内，中心处理单元(6)的数据输入模块电连接输入模块，输入模块包括键盘或手机。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的防喷器控制系统，其特征在于：在存储芯片内存储有报警、设备工作时间和传感器传输数据信息，这些信息按照时间进行归类，通过搜索相应的时间段将存储芯片内的数据调出并显示，以查出相应时间段的报警信息、设备工作信息。
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