CN110501944A - 基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法 - Google Patents
基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110501944A CN110501944A CN201910774115.9A CN201910774115A CN110501944A CN 110501944 A CN110501944 A CN 110501944A CN 201910774115 A CN201910774115 A CN 201910774115A CN 110501944 A CN110501944 A CN 110501944A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- oil
- gas well
- iot
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 27
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 241001269238 Data Species 0.000 claims description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000012356 Product development Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0423—Input/output
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/24—Pc safety
- G05B2219/24215—Scada supervisory control and data acquisition
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本发明提供一种基于NB‑IoT的油气生产智能监控系统及方法，涉及油气监控技术领域。该系统及方法通过油气生产现场的控制器每隔一定时间将各类数字化仪表采集到的数据通过先进的NB‑IoT无线通信模块传送至云服务端，传输协议类型采用CoAP，云服务端预先完成profile和编解码插件的定义和部署，对NB‑IoT无线通信模块传输的数据进行解析并保存，上位机的客户端程序再向云端抓取数据，向用户展示油气井属性数据监测值。当监测到的数据出现异常，达到告警值时，管理人员可在上位机端向主控制器发出停止工作指令，以云作为中继，通过控制继电器使发电机停止工作，从而停止井场磕头机的工作，力求油气生产监控过程中的低功耗与高稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及油气监控技术领域，尤其涉及一种基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法。
背景技术
煤层气井资源丰富，这些煤层气井的重要参数(如井下压力、井口压力、管压、套压、出水量、井下温度、井口温度以及发电机电压电流等)目前都是通过基于GPRS/GSM通信协议进行数据传送的，这样的通信网络功耗大、成本高、接入量小、信号差，且依赖于移动公司，特别是在一些产能低下、利润不高的项目部，由于这样的通信网络的高成本，以上这些数据均需要人去采集、巡井、抄表，尤其在天气环境恶劣的条件下，巡井工作变得更加困难，而且人力成本十分高昂。
NB-IoT技术全称为窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)，最早在2014年提出，正成为物联网领域的一种新兴的发展趋势。由于其部署成本低，并且只消耗大约180KHz的带宽，所以可以直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，实现现有网络的平滑升级。同时其具有低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法，实现对油气生产过程的智能监控。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一方面，本发明提供一种基于NB-IoT的油气生产智能监控系统，包括主控制器、数据采集模块、数据传输模块、云服务器及上位机；
所述主控制器用于控制数据采集模块采集油气井属性数据，并将采集的数据通过数据传输模块传输到云平台；并且接受上位机向主控制器发出的指令，停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作；所述油气井属性数据包括油气井井底液温、水压及油气井出水量三个属性；
所述数据采集模块包括温度传感器、压力传感器和流量传感器；所述温度传感器用于采集油气井井底的液温；所述压力传感器用于采集油气井井底的水压；所述流量传感器用于采集油气井的出水量；
所述数据传输模块采用NB-IoT无线通信模块利用现有运营商的NB-IoT基站或自己部署的NB-IoT基站将数据采集模块采集的数据传输至云服务器；
所述云服务器首先进行profile定义，将油气井井底液温、水压及油气井出水量这三个属性添加到属性列表中，同时，将控制发电机是否工作的下发命令字段添加到命令列表中；然后，通过编解码插件开发建立一个消息类型为命令下发的消息及三个消息类型为数据上报的消息；消息建立完成后，分别将这四个消息与三个在profile中定义的油气属性和一个在profile中定义的下发命令字段进行绑定；最后云服务器对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气属性数据；
所述上位机从云服务器获取油气井属性数据，并对实时油气井数据或历史数据进行查询，当监测到三个油气井属性数据中任一数据值超过阈值时，上位机发出告警，管理员通过上位机向主控制器发出停止发电机工作指令，主控制器停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作。
优选地，所述主控制器采用型号为STM32L431RCT6的微处理器。
优选地，所述温度传感器采用型号为SHT20的数字温湿度传感器采集数据；SHT20与STM32L431RCT6微处理器的PB6、PB7管脚连接，I2C驱动。
优选地，所述压力传感器采用型号为SIN-P300的压力变送器采集油气井井底压力数据；所述SIN-P300压力变送器通过两条电源线与DC24V供电电源连接，压力变送器的两条RS485通讯线分别与RS485转TTL模块的A+，B-引脚相连接，RS485转TTL模块的TXD引脚与微处理器的PC5管脚连接，RS485转TTL模块的RXD引脚与微处理器的PC4管脚连接。
优选地，所述流量传感器采用电磁流量计采集油气井出水量；所述电磁流量计通过两条电源线与220V供电电源连接，流量传感器的两条RS485通讯线分别与RS485转TTL模块的A+，B-引脚相连接，RS485转TTL模块的TXD引脚与微处理器的PA10管脚连接，RS485转TTL模块的RXD引脚与微处理器的PA9管脚连接。
优选地，所述STM32L431RCT6微处理器通过PA2管脚和PA3管脚与NB-IoT无线通信模块连接，具体连接方式为：微处理器的PA2引脚通过1K电阻与BC35模块的29号引脚相连，微处理器的PA3引脚通过1K电阻与BC35模块的30号引脚相连；NB-IoT无线通信模块采用CoAP协议进行数据传输。
另一方面，本发明还提供一种基于NB-IoT的油气生产智能监控方法，包括以下步骤：
步骤1、主控制器向数据采集模块发出数据采集指令，数据采集模块通过温度传感器、压力传感器和流量传感器周期性采集油气井井底液温、水压和油气井出水量三个油气井属性数据，主控制器对数据采集模块采集到的数据进行保存；
步骤2、主控制器向数据传输模块发送指令，获取NB-IoT基站信号强度并选择运营网进行注册及配置和查询CDP服务器的服务器IP地址和端口，若NB-IoT基站信号强度符合传输要求，则数据传输模块采用CoAP协议将数据采集模块采集的数据传输到云服务器；
所述主控制器向数据传输模块发送指令具体包括：
①AT：返回OK，说明响应正常；
②AT+NRB：让数据传输模块进行软复位动作；
③AT+CMEE＝1：打开错误报告，方便数据传输模块运行出错时定位问题；
④AT+NBAND：获取数据传输模块支持的频段；
⑤AT+CIMI：获取SIM卡卡号；
⑥AT+CGATT＝1；
⑦AT+CSQ：获取NB-IoT基站信号强度；
⑧AT+CEREG：查看注册的网络状态，若返回1则代表注册网络成功；
⑨AT+COPS：选择运营网络并进行注册；
⑩AT+CGATT？：查看附着网络状态；
AT+CSCON？：获取信令连接状态；
AT+NCDP＝COAP_IP：CoAP网络连接指令，配置和查询CDP服务器的服务器IP地址和端口；
步骤3、云服务器进行profile定义及编解码插件开发建立消息，并将建立的消息与profile中定义的油气属性进行绑定后，对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气井属性数据；
步骤3.1、在云服务器进行profile定义，将油气井井底液温、水压及出水量这三个属性添加到属性列表中，同时，将控制发电机是否工作的下发命令字段添加到命令列表中；
步骤3.2、通过编解码插件开发建立一个消息类型为命令下发的消息及三个消息类型为数据上报的消息；消息建立完成后，分别将这四个消息与三个在profile中定义的油气属性和一个在profile中定义的下发命令字段进行绑定后进行保存；
步骤3.3、云服务器对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气属性数据；
步骤4、上位机从云服务器获取油气属性数据，并对油气井属性实时数据或历史数据进行查询，当监测到油气井属性数据中任一数据值超过阈值时，上位机发出告警，进而使管理员通过上位机向主控制器发出停止发电机工作指令，主控制器停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法：
(1)低功耗：油气生产监控过程中的低功耗性，NB-IoT数据传输模块的待机时间可长达10年，尤其是对于在高山荒野偏远地区的传感监测设备，低功耗是最本质的要求，长达几年的电池使用寿命会为油气生产监测过程带来极大的便捷，而GPRS都是外供电，没有电池模式，与GSM一样非常耗电；
(2)广覆盖性：NB-IoT基站具有有覆盖广、连接多、速率低等特点，特别适合在山区油井等设备分散、物理环境恶劣的场景使用。NB-IoT比GPRS覆盖增强20dB+，整个系统建成后，覆盖范围可进一步扩大，GPRS是中国移动的网络，但是随着5G网络的铺开，2G网络会慢慢停用，而且2G网络在油田(盆地戈壁，沙漠，黄土高原，偏远山区)覆盖率不高，特别地，NB-loT也可以根据自己需要部署，而不一定依赖移动公司；
(3)低成本：NB-IoT芯片的成本非常低，并具有向1美金以下发展的趋势，而且NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的；
(4)实时向用户展示油气井井底液温、水压及油气井出水量等数据，监测到数据异常时进行告警，管理员可直接在上位机向井场发送指令，停止磕头机的工作，保护生产安全。
(5)高可靠性：在工业互联网时代，网络的稳定性直接关系到数据质量，进而关系到工业价值，传统的GRPS在工业物联网时代的劣势日益凸显。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统的总体架构图；
图3为本发明实施例提供的STM32L431RCT6微处理器与SHT20的电路连接图；
图4为本发明实施例提供的STM32L431RCT6微处理器与压力传感器的电路连接图；
图5为本发明实施例提供的STM32L431RCT6微处理器与流量传感器的电路连接图；
图6为本发明实施例提供的基于NB-IoT的油气生产智能监控方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的NB-IoT无线通信模块采用CoAP协议将数据采集模块采集的数据传输到云服务器的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例中，采用本发明的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法对某煤层气井进行智能监控。
本实施例中，一种基于NB-IoT的油气生产智能监控系统，如图1和2所示，包括主控制器、数据采集模块、数据传输模块、云服务器及上位机；
所述主控制器用于控制数据采集模块采集油气井属性数据，并将采集的数据通过数据传输模块传输到云平台；并且接受上位机向主控制器发出的指令，停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作；所述油气井属性数据包括油气井井底液温、水压及油气井出水量三个属性；
所述数据采集模块包括温度传感器、压力传感器和流量传感器；所述温度传感器用于采集油气井井底的液温；所述压力传感器用于采集油气井井底的水压；所述流量传感器用于采集油气井的出水量；
所述数据传输模块采用NB-IoT无线通信模块利用现有运营商的NB-IoT基站或自己部署的NB-IoT基站将数据采集模块采集的数据传输至云服务器；
所述云服务器首先进行profile定义，将油气井井底液温、水压及油气井出水量这三个属性添加到属性列表中，同时，将控制发电机是否工作的下发命令字段添加到命令列表中；然后，通过编解码插件开发建立一个消息类型为命令下发的消息及三个消息类型为数据上报的消息；消息建立完成后，分别将这四个消息与三个在profile中定义的油气属性和一个在profile中定义的下发命令字段进行绑定；最后云服务器对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气属性数据；
所述上位机从云服务器获取油气井属性数据，并对实时油气井数据或历史数据进行查询，当监测到三个油气井属性数据中任一数据值超过阈值时，上位机发出告警，管理员通过上位机向主控制器发出停止发电机工作指令，主控制器停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作。
所述主控制器采用型号为STM32L431RCT6的微处理器。
所述温度传感器采用型号为SHT20的数字温湿度传感器采集数据；SHT20与STM32L431RCT6微处理器的PB6、PB7管脚连接，I2C驱动，如图3所示。
SHT20接口定义为：如表1所示：
表1 SHT20接口定义
| 引脚 | 名称 | 含义 |
| 1 | SDA | 串行数据，双向 |
| 2 | VSS | 地 |
| 5 | VDD | 供电电压 |
| 6 | SCL | 串行时钟，双向 |
| 3，4 | NC | 不连接 |
将SHT20模块1号引脚(即SDA)与STM32L431RCT6的PB7管脚(即I2C1_SDA)相连接，此引脚用于控制传感器的数据输入和输出，当微处理器向SHT20模块发送命令时，SCL由低电平跳变为高电平时，SDA有效，并且需保证SCL为高电平期间，SDA的电平的高低保持不变，在SCL变为低电平以后，才可以对SDA的值进行修改；当微处理器从SHT20模块中读数据时，SDA在SCL变低电平以后有效，且维持到下一个SCL的下降沿；6号引脚与STM32L431RCT6微处理器的PB6管脚(I2C1_SCL)相连接，用于保证微处理器与SHT20之间的通讯同步；SHT20的1号管脚引脚和6号管脚引脚均需要通过跨接一4.7K的电阻上拉。
所述压力传感器采用型号为SIN-P300的压力变送器采集油气井井底压力数据；所述SIN-P300压力变送器，如图4所示，通过两条电源线与DC24V供电电源连接，压力变送器的两条RS485通讯线分别与RS485转TTL模块的A+，B-引脚相连接，RS485转TTL模块的TXD引脚与微处理器的PC5管脚连接，RS485转TTL模块的RXD引脚与微处理器的PC4管脚连接。
所述流量传感器采用电磁流量计采集油气井出水量；所述电磁流量计，如图5所示，通过两条电源线与220V供电电源连接，流量传感器的两条RS485通讯线分别与RS485转TTL模块的A+，B-引脚相连接，RS485转TTL模块的TXD引脚与微处理器的PA10管脚连接，RS485转TTL模块的RXD引脚与微处理器的PA9管脚连接。
本实施例中，SIN-P300型压力变送器波特率设置为9600，无校验位，数据保留小数点后一位，压力变送器的发送周期是500毫秒。SIN_P300型压力变送器的通信协议遵守MODBUS-RTU通信规约，并且此压力变送器出厂时设置地址为01，本实施例不做改动，直接采用出厂值。微处理器向压力变送器发送读仪表地址命令，即01 03 00 00 00 01 84 0A(16进制)，其中，01代表仪表地址，03代表读命令，0000代表仪表通讯地址(寄存器地址)，01表示读一个参数，840A是CRC16效验码。发送完读仪表地址命令后，压力变送器直接返回监测到的数据。流量传感器采用电磁流量计，开机后在流量计的显示屏上设置流量计的地址为02，波特率9600，无校验位，数据保留小数点后一位，电磁流量计的发送周期可调，本实施例设置为500毫秒。
所述STM32L431RCT6微处理器通过PA2管脚和PA3管脚与NB-IoT无线通信模块连接，本实施例中，NB-IoT无线通信模块采用BC35模块，STM32L431RCT6微处理器与BC35模块的具体连接方式为：微处理器的PA2引脚通过1K电阻与BC35模块的29号引脚相连，微处理器的PA3引脚通过1K电阻与BC35模块的30号引脚相连；NB-IoT无线通信模块采用CoAP协议进行数据传输。一种基于NB-IoT的油气生产智能监控方法，如图6所示，包括以下步骤：
步骤1、主控制器向数据采集模块发出数据采集指令，数据采集模块通过温度传感器、压力传感器和流量传感器周期性采集油气井井底液温、水压和油气井出水量三个油气井属性数据，主控制器对数据采集模块采集到的数据进行保存；
步骤2、主控制器向数据传输模块发送指令，获取NB-IoT基站信号强度并选择运营网进行注册及配置和查询CDP服务器的服务器IP地址和端口，若NB-IoT基站信号强度符合传输要求，则数据传输模块采用CoAP协议将数据采集模块采集的数据传输到云服务器；
所述主控制器向数据传输模块发送指令具体包括：
①AT：返回OK，说明响应正常；
②AT+NRB：让数据传输模块进行软复位动作；
③AT+CMEE＝1：打开错误报告，方便数据传输模块运行出错时定位问题；
④AT+NBAND：获取数据传输模块支持的频段；
⑤AT+CIMI：获取SIM卡卡号；
⑥AT+CGATT＝1；
⑦AT+CSQ：获取NB-IoT基站信号强度；
⑧AT+CEREG：查看注册的网络状态，若返回1则代表注册网络成功；
⑨AT+COPS：选择运营网络并进行注册；
⑩AT+CGATT？：查看附着网络状态；
AT+CSCON？：获取信令连接状态；
AT+NCDP＝COAP_IP：CoAP网络连接指令，配置和查询CDP服务器的服务器IP地址和端口；
本实施例中，COAP_IP是定义的云平台的IP地址的宏，本实施例中COAP_IP为49.4.85.232。
以上指令全部正常执行完毕后，NB-IoT无线通信模块注网成功，此过程在每次NB-IoT模块上电后均需等待5至20秒的时间。
每次数据采集完成后(本实施例中，间隔为10s一次)，微处理器向NB-IoT无线通信模块发送指令获取信号强度(通过NB-IoT无线通信模块的AT指令实现，具体为AT+CSQ)，若信号强度符合传输要求，则NB-IoT无线通信模块采用CoAP协议将数据采集模块采集的数据传输到云服务器，具体工作流程如图7所示。
步骤3、云服务器进行profile定义及编解码插件开发建立消息，并将建立的消息与profile中定义的油气属性进行绑定后，对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气井属性数据；
步骤3.1、在云服务器进行profile定义，将油气井井底液温、水压及出水量这三个属性添加到属性列表中，同时，将控制发电机是否工作的下发命令字段添加到命令列表中；
步骤3.2、通过编解码插件开发建立一个消息类型为命令下发的消息及三个消息类型为数据上报的消息；消息建立完成后，分别将这四个消息与三个在profile中定义的油气属性和一个在profile中定义的下发命令字段进行绑定后进行保存；
步骤3.3、云服务器对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气属性数据；
步骤4、上位机从云服务器获取油气属性数据，并对油气井属性实时数据或历史数据进行查询，当监测到油气井属性数据中任一数据值超过阈值时，上位机发出告警，进而使管理员通过上位机向主控制器发出停止发电机工作指令，主控制器停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作。
本实施例中，云服务器采用某公司的云平台OceanConnect，其配置过程为：
(1)在云平台中新建项目，命名为OilProductionMonitoring；
(2)在产品开发界面中自定义产品，设置产品信息，其中接入应用层协议类型为CoAP，数据格式为二进制码流，产品名称设置为OilParamet，自定义设备类型为IndustrialType；
(3)进行Profile定义：新建服务，服务名称OilProductionMonitoring，新增一个名称为Temperature的属性表示液温，数据类型为decimal，最小值0，最大值100，访问模式为RWE(可读、可写、写入后可上报数据)。同样，分别新增名称为Pressure、FlowRate的压力和出水量的属性，用于监测液压和出水量，设置方法与液温相同。同时设置命令下发字段，用于控制继电器的闭合或断开，继电器用来控制发电机或柴油机是否工作，从而控制磕头机的工作状态(工作或停止)，其数据类型为string，枚举值为ON(表示磕头机工作)和OFF(表示磕头机停止工作)。这样，管理员在上位机端发送OFF指令时，现场磕头机即可停止工作，保护井场安全；
(4)进行编解码插件开发：新增消息，消息名称为OilProductionMonitoring，消息类型为数据上报，添加液温、液压、出水量三个字段，名称分别为Temperature、Pressure、FlowRate，数据类型为string，长度均为4，所以温度偏移值为1-4，压力偏移值为5-8，出水量偏移值为9-12，这样做的意义在于向云端发送一串长度为12的数据时，云端能够对这串数据进行解析，从中提取出液温、液压、出水量这三个油气井属性。同时，建立一个消息类型为命令下发的消息，数据类型为string。消息建立完成后，分别将这四个消息与在profile中定义的三个煤层气井属性和一个命令下发字段进行绑定；最后进行保存和部署；
(5)进行设备注册：在设备管理中输入设备名称和IMEI号新增设备。
(6)进行设备调测：NB-IoT无线通信模块每隔10秒向云平台进行数据上传，通过查看设备历史记录检查数据上传是否正常。
本实施例中，将通过NB-IoT无线通信模块发送给某云平台的煤层气井属性数据获取下来，在上位机上进行显示；上位机作为客户端内置程序执行以下功能：首先进入登录界面，输入用户名与密码，然后进入主页，点击连接云平台后，系统自动配置云平台的参数，例如平台ID，平台秘钥，端口号等参数。参数配置正确以后就可以进入界面进行煤层气井属性实时数据的查询，历史数据的查询，当监测数值超过阈值时，上位机端发出告警，管理员向煤层气井场的微控制器发出停止发电机工作的指令，停止发电机的工作从而停止磕头机的工作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (8)
1.一种基于NB-IoT的油气生产智能监控系统，其特征在于：包括主控制器、数据采集模块、数据传输模块、云服务器及上位机；
所述主控制器用于控制数据采集模块采集油气井属性数据，并将采集的数据通过数据传输模块传输到云平台；并且接受上位机向主控制器发出的指令，停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作；所述油气井属性数据包括油气井井底液温、水压及油气井出水量三个属性；
所述数据采集模块包括温度传感器、压力传感器和流量传感器；所述温度传感器用于采集油气井井底的液温；所述压力传感器用于采集油气井井底的水压；所述流量传感器用于采集油气井的出水量；
所述数据传输模块采用NB-IoT无线通信模块利用现有运营商的NB-IoT基站或自己部署的NB-IoT基站将数据采集模块采集的数据传输至云服务器；
所述云服务器首先进行profile定义，将油气井井底液温、水压及油气井出水量这三个属性添加到属性列表中，同时，将控制发电机是否工作的下发命令字段添加到命令列表中；然后，通过编解码插件开发建立一个消息类型为命令下发的消息及三个消息类型为数据上报的消息；消息建立完成后，分别将这四个消息与三个在profile中定义的油气属性和一个在profile中定义的下发命令字段进行绑定；最后云服务器对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气属性数据；
所述上位机从云服务器获取油气井属性数据，并对实时油气井数据或历史数据进行查询，当监测到三个油气井属性数据中任一数据值超过阈值时，上位机发出告警，管理员通过上位机向主控制器发出停止发电机工作指令，主控制器停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统，其特征在于：所述主控制器采用型号为STM32L431RCT6的微处理器。
3.根据权利要求2所述的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统，其特征在于：所述温度传感器采用型号为SHT20的数字温湿度传感器采集数据；SHT20与STM32L431RCT6微处理器的PB6、PB7管脚连接，I2C驱动。
4.根据权利要求2所述的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统，其特征在于：所述压力传感器采用型号为SIN-P300的压力变送器采集油气井井底压力数据；所述SIN-P300压力变送器通过两条电源线与DC24V供电电源连接，压力变送器的两条RS485通讯线分别与RS485转TTL模块的A+，B-引脚相连接，RS485转TTL模块的TXD引脚与微处理器的PC5管脚连接，RS485转TTL模块的RXD引脚与微处理器的PC4管脚连接。
5.根据权利要求2所述的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统，其特征在于：所述流量传感器采用电磁流量计采集油气井出水量；所述电磁流量计通过两条电源线与220V供电电源连接，流量传感器的两条RS485通讯线分别与RS485转TTL模块的A+，B-引脚相连接，RS485转TTL模块的TXD引脚与微处理器的PA10管脚连接，RS485转TTL模块的RXD引脚与微处理器的PA9管脚连接。
6.根据权利要求2所述的基于NB-IoT的油气生产智能监控系统，其特征在于：所述STM32L431RCT6微处理器通过PA2管脚和PA3管脚与NB-IoT无线通信模块连接，具体连接方式为：微处理器的PA2引脚通过1K电阻与BC35模块的29号引脚相连，微处理器的PA3引脚通过1K电阻与BC35模块的30号引脚相连；NB-IoT无线通信模块采用CoAP协议进行数据传输。
7.一种基于NB-IoT的油气生产智能监控方法，采用权利要求1所述油气生产智能监控系统进行智能监控，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、主控制器向数据采集模块发出数据采集指令，数据采集模块通过温度传感器、压力传感器和流量传感器周期性采集油气井井底液温、水压和油气井出水量三个油气井属性数据，主控制器对数据采集模块采集到的数据进行保存；
步骤2、主控制器向数据传输模块发送指令，获取NB-IoT基站信号强度并选择运营网进行注册及配置和查询CDP服务器的服务器IP地址和端口，若NB-IoT基站信号强度符合传输要求，则数据传输模块采用CoAP协议将数据采集模块采集的数据传输到云服务器；
步骤3、云服务器进行profile定义及编解码插件开发建立消息，并将建立的消息与profile中定义的油气属性进行绑定后，对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气井属性数据；
步骤3.1、在云服务器进行profile定义，将油气井井底液温、水压及出水量这三个属性添加到属性列表中，同时，将控制发电机是否工作的下发命令字段添加到命令列表中；
步骤3.2、通过编解码插件开发建立一个消息类型为命令下发的消息及三个消息类型为数据上报的消息；消息建立完成后，分别将这四个消息与三个在profile中定义的油气属性和一个在profile中定义的下发命令字段进行绑定后进行保存；
步骤3.3、云服务器对接收的数据进行解析，从中提取出油气井井底液温、水压及油气井出水量三个油气属性数据；
步骤4、上位机从云服务器获取油气属性数据，并对油气井属性实时数据或历史数据进行查询，当监测到油气井属性数据中任一数据值超过阈值时，上位机发出告警，进而使管理员通过上位机向主控制器发出停止发电机工作指令，主控制器停止油气井场发电机的工作从而停止磕头机的工作。
8.根据权利要求7所述的基于NB-IoT的油气生产智能监控方法，其特征在于：所述主控制器向数据传输模块发送指令具体包括：
①AT：返回OK，说明响应正常；
②AT+NRB：让数据传输模块进行软复位动作；
③AT+CMEE＝1：打开错误报告，方便数据传输模块运行出错时定位问题；
④AT+NBAND：获取数据传输模块支持的频段；
⑤AT+CIMI：获取SIM卡卡号；
⑥AT+CGATT＝1；
⑦AT+CSQ：获取NB-IoT基站信号强度；
⑧AT+CEREG：查看注册的网络状态，若返回1则代表注册网络成功；
⑨AT+COPS：选择运营网络并进行注册；
⑩AT+CGATT？：查看附着网络状态；
AT+CSCON？：获取信令连接状态；
AT+NCDP＝COAP_IP：CoAP网络连接指令，配置和查询CDP服务器的服务器IP地址和端口。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910774115.9A CN110501944A (zh) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | 基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910774115.9A CN110501944A (zh) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | 基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110501944A true CN110501944A (zh) | 2019-11-26 |
Family
ID=68588488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910774115.9A Pending CN110501944A (zh) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | 基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110501944A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112637190A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-09 | 广东小天才科技有限公司 | 基于coap协议的数据生成方法、电子设备及可读存储介质 |
| CN113453182A (zh) * | 2020-03-27 | 2021-09-28 | 中国石油化工股份有限公司 | 基于NBIoT技术的油气物联数采系统 |
Citations (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101026548A (zh) * | 2006-02-23 | 2007-08-29 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种数据业务路由方法 |
| CN101819436A (zh) * | 2010-04-20 | 2010-09-01 | 山东卓尔电气有限公司 | 一种油田抽油机运行的监控系统 |
| CN103227803A (zh) * | 2012-01-30 | 2013-07-31 | 华为技术有限公司 | 一种物联网资源获取的方法、客户端和物联网资源装置 |
| CN103260145A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-08-21 | 中国科学院计算技术研究所 | 基于PMIPv6域内业务流切换的移动管理方法及系统 |
| CN103901845A (zh) * | 2014-03-18 | 2014-07-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种油田生产现场物联设备远程智能管理方法及系统 |
| CN103926899A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-07-16 | 长春市万易科技有限公司 | 一种基于物联网油田的多功能远程数据监控系统 |
| CN203982109U (zh) * | 2014-05-16 | 2014-12-03 | 新疆华隆油田科技股份有限公司 | 一种基于arm的油田用智能报警及关键点控制装置 |
| CN205100950U (zh) * | 2015-11-17 | 2016-03-23 | 华北石油通信公司 | 一种模拟人工管控煤层气井智能排采控制系统 |
| CN106223904A (zh) * | 2016-09-14 | 2016-12-14 | 赵国祥 | 无游梁抽油机智能电控系统 |
| CN107024890A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-08 | 江苏博阳智慧电气股份有限公司 | 一种石油智能开采输送监控系统 |
| CN107422677A (zh) * | 2017-09-11 | 2017-12-01 | 杭州钛比科技有限公司 | 一种基于NB‑IoT的直饮水机控制系统 |
| CN107819675A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-20 | 湖南瓴星空间信息技术有限公司 | 一种物联网网关及物联网通信方法 |
| CN108020267A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-05-11 | 南阳师范学院 | 基于ZigBee的油田抽油机多功能测量仪表及方法 |
| CN108166969A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-15 | 贵州航天凯山石油仪器有限公司 | 一种示功仪数据传输方法 |
| CN207835828U (zh) * | 2018-02-28 | 2018-09-07 | 湖北文理学院 | 负压波采集通信设备及管道泄露监控系统 |
| CN108593124A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-28 | 章礼道 | 支持NB-IoT的高精度温度传感器 |
| CN108711251A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-10-26 | 福州大学 | 基于NB-IoT的智能烟雾报警系统及其实现方法 |
| CN108756820A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-06 | 山西工程技术学院 | 用于煤层气井排采装置的智能远程控制系统及其控制方法 |
| CN208254526U (zh) * | 2018-01-17 | 2018-12-18 | 南阳师范学院 | 基于ZigBee的油田抽油机多功能测量仪表 |
| CN109058772A (zh) * | 2018-09-12 | 2018-12-21 | 昆明理工大学 | 一种输送管道泄漏检测装置及方法 |
| CN109347659A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-02-15 | 瓴泰科技(上海)有限公司 | 基于nb-iot的智能终端设备和模组远程升级方法 |
| CN208534472U (zh) * | 2018-06-26 | 2019-02-22 | 西安金时利和自动化工程有限公司 | 一种油田rtu监控系统 |
| CN109458170A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-12 | 西安长拓电气自动化有限责任公司 | 智能型丛式井远程集中控制系统 |
| CN109506729A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-22 | 西安安森智能仪器股份有限公司 | 一种气液两相流参数在线检测方法及装置 |
| CN208998840U (zh) * | 2018-10-22 | 2019-06-18 | 温州大学 | 一种多用测量仪 |
| CN209130488U (zh) * | 2018-08-22 | 2019-07-19 | 包头市通慧科技有限公司 | 一种基于物联网的智能道岔外锁闭加油系统 |
| CN210466071U (zh) * | 2019-08-21 | 2020-05-05 | 东北大学秦皇岛分校 | 基于NB-IoT的油气生产智能监控系统 |
-
2019
- 2019-08-21 CN CN201910774115.9A patent/CN110501944A/zh active Pending
Patent Citations (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101026548A (zh) * | 2006-02-23 | 2007-08-29 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种数据业务路由方法 |
| CN101819436A (zh) * | 2010-04-20 | 2010-09-01 | 山东卓尔电气有限公司 | 一种油田抽油机运行的监控系统 |
| CN103227803A (zh) * | 2012-01-30 | 2013-07-31 | 华为技术有限公司 | 一种物联网资源获取的方法、客户端和物联网资源装置 |
| CN103260145A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-08-21 | 中国科学院计算技术研究所 | 基于PMIPv6域内业务流切换的移动管理方法及系统 |
| CN103901845A (zh) * | 2014-03-18 | 2014-07-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种油田生产现场物联设备远程智能管理方法及系统 |
| CN103926899A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-07-16 | 长春市万易科技有限公司 | 一种基于物联网油田的多功能远程数据监控系统 |
| CN203982109U (zh) * | 2014-05-16 | 2014-12-03 | 新疆华隆油田科技股份有限公司 | 一种基于arm的油田用智能报警及关键点控制装置 |
| CN205100950U (zh) * | 2015-11-17 | 2016-03-23 | 华北石油通信公司 | 一种模拟人工管控煤层气井智能排采控制系统 |
| CN106223904A (zh) * | 2016-09-14 | 2016-12-14 | 赵国祥 | 无游梁抽油机智能电控系统 |
| CN107024890A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-08 | 江苏博阳智慧电气股份有限公司 | 一种石油智能开采输送监控系统 |
| CN107422677A (zh) * | 2017-09-11 | 2017-12-01 | 杭州钛比科技有限公司 | 一种基于NB‑IoT的直饮水机控制系统 |
| CN107819675A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-20 | 湖南瓴星空间信息技术有限公司 | 一种物联网网关及物联网通信方法 |
| CN108166969A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-15 | 贵州航天凯山石油仪器有限公司 | 一种示功仪数据传输方法 |
| CN108020267A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-05-11 | 南阳师范学院 | 基于ZigBee的油田抽油机多功能测量仪表及方法 |
| CN208254526U (zh) * | 2018-01-17 | 2018-12-18 | 南阳师范学院 | 基于ZigBee的油田抽油机多功能测量仪表 |
| CN207835828U (zh) * | 2018-02-28 | 2018-09-07 | 湖北文理学院 | 负压波采集通信设备及管道泄露监控系统 |
| CN108593124A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-28 | 章礼道 | 支持NB-IoT的高精度温度传感器 |
| CN108756820A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-06 | 山西工程技术学院 | 用于煤层气井排采装置的智能远程控制系统及其控制方法 |
| CN208534472U (zh) * | 2018-06-26 | 2019-02-22 | 西安金时利和自动化工程有限公司 | 一种油田rtu监控系统 |
| CN108711251A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-10-26 | 福州大学 | 基于NB-IoT的智能烟雾报警系统及其实现方法 |
| CN209130488U (zh) * | 2018-08-22 | 2019-07-19 | 包头市通慧科技有限公司 | 一种基于物联网的智能道岔外锁闭加油系统 |
| CN109058772A (zh) * | 2018-09-12 | 2018-12-21 | 昆明理工大学 | 一种输送管道泄漏检测装置及方法 |
| CN109347659A (zh) * | 2018-09-17 | 2019-02-15 | 瓴泰科技(上海)有限公司 | 基于nb-iot的智能终端设备和模组远程升级方法 |
| CN208998840U (zh) * | 2018-10-22 | 2019-06-18 | 温州大学 | 一种多用测量仪 |
| CN109506729A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-22 | 西安安森智能仪器股份有限公司 | 一种气液两相流参数在线检测方法及装置 |
| CN109458170A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-12 | 西安长拓电气自动化有限责任公司 | 智能型丛式井远程集中控制系统 |
| CN210466071U (zh) * | 2019-08-21 | 2020-05-05 | 东北大学秦皇岛分校 | 基于NB-IoT的油气生产智能监控系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 余子安: "基于NB-IOT的智能家居系统设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》, 15 August 2019 (2019-08-15), pages 038 - 550 * |
| 徐业鹏: "NB-IoT节点的低功耗运行研究与设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》, 15 January 2019 (2019-01-15), pages 138 - 4588 * |
| 毛宝瑚: "《油气田自动化》", vol. 1, 31 January 2005, 石油大学出版社, pages: 152 * |
| 王志强: "基于 STM32 室内空气质量检测系统硬件设计", 《电子设计工程》, 31 May 2017 (2017-05-31), pages 108 - 111 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113453182A (zh) * | 2020-03-27 | 2021-09-28 | 中国石油化工股份有限公司 | 基于NBIoT技术的油气物联数采系统 |
| CN112637190A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-09 | 广东小天才科技有限公司 | 基于coap协议的数据生成方法、电子设备及可读存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107327707B (zh) | 一种供水管网监测管理方法及系统 | |
| CN103941675B (zh) | 基于无线网络的安全监测管理系统 | |
| CN104269922B (zh) | 一种基于gprs/gis的分布式电源参数监测方法与系统 | |
| CN210466071U (zh) | 基于NB-IoT的油气生产智能监控系统 | |
| CN104935489B (zh) | 一种信息采集网络组网方法及用电信息采集网络 | |
| CN104503400B (zh) | 空气能远程监控端自动监测装置 | |
| CN105137770B (zh) | 一种基于Web的水产养殖远程监控系统及其控制方法 | |
| CN107958584A (zh) | 一种基于养殖环境物联网的无线监测系统及方法 | |
| CN104777798A (zh) | 一种基于ZigBee的能源监控方法、装置和系统 | |
| CN105046924A (zh) | 基于物联网的农田智能灌溉控制系统及其运行方法 | |
| CN105635315A (zh) | 一种用于水文水资源监测的开放式系统 | |
| CN110501944A (zh) | 基于NB-IoT的油气生产智能监控系统及方法 | |
| CN104570894B (zh) | 空气能远程监控端自动接收装置 | |
| CN201741234U (zh) | 城市消防远程监控管理系统 | |
| CN105657016A (zh) | 一种重点用能单位能耗在线监测方法 | |
| CN107748776A (zh) | 一种基于物联网的智能环保厕所管理系统及其控制方法 | |
| CN203950425U (zh) | 一种基于gsm/gprs网络的供暖锅炉远程监测系统 | |
| CN206178422U (zh) | 基于物联网的油田智能管控装置 | |
| CN207817945U (zh) | 一种基于养殖环境物联网的无线监测系统 | |
| CN204462791U (zh) | 一种城市热网无线远程监控系统 | |
| CN202995766U (zh) | 一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统 | |
| CN205899337U (zh) | 基于网络和控制技术相结合的污水厂远程监控管理系统 | |
| CN108111989A (zh) | 基于蜂窝的窄带物联网在介质管道监测中的运用系统 | |
| CN107995087A (zh) | 无线组网灌注桩超灌监测系统 | |
| CN105656972A (zh) | 一种城市供水集成scada系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |