CN113759793A - 一种基于ipv6协议数据采集监控系统的智能控制器 - Google Patents

一种基于ipv6协议数据采集监控系统的智能控制器 Download PDF

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CN113759793A CN202111103505.7A CN202111103505A CN113759793A CN 113759793 A CN113759793 A CN 113759793A CN 202111103505 A CN202111103505 A CN 202111103505A CN 113759793 A CN113759793 A CN 113759793A
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孙健
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及了一种基于IPV6协议数据采集监控系统智能化升级用的智能控制器，为现场每台仪表传感器配置一个本发明智能控制器，把数据采集和视频监控系统合二为一，将原来包括现场仪表层、PLC/DCS控制层、站控SCADA监控层和公司云平台管理层四层的数据采集监控系统，简化为只有现场智能仪表控制层和公司云平台管理层两层的智能化系统，减少数据转换传输存储的中间环节，满足了油气田现有的数据采集监控系统IPV6协议物联网智能化升级改造和数据共享源唯一性的需求，大大降低了系统智能化升级的成本。

Description

一种基于IPV6协议数据采集监控系统的智能控制器
一、技术领域：本发明涉及了一种基于IPV6协议数据采集监控系统的智能控制器，属于油气田智能化转型技术领域，适用于油气田现有的数据采集监控系统IPV6协议物联网智能化升级改造。
二、背景技术：随着油田推进数字化转型智能化发展建设需求，油田信息化基础数据来源的站控采集监控系统的网络化、智能化发展水平急需与云计算、人工智能、物联网等新一代数字化技术深度融合，提升基础数据共享服务能力，构建人工智能云平台运营管理支撑体系，实现软硬件资源的集中统一调度和监控。
如图1，为某油田现有的数据采集监控系统(SCADA)示意图，其包括：现场仪表层(包括现场仪表和视频监控)、PLC/DCS控制层(包括数据采集控制器(PLC/DCS)和场站视频服务器)、站控SCADA监控系统(包括工作站组态软件和数据视频服务器)以及它们之间数据传输链路，和油田公司云平台管理层共四个层级；
其中现场仪表层输出信号为：模拟量信号(AI/AO)、开关量信号(DI/DO)或/和RS485总线信号；PLC/DCS控制层中PLC/DCS控制器和场站视频服务器分别将采集到的本站内所有现场仪表和视频监控数据转换数字信号通过数据传输链路上传到站控SCADA监控系统中工作站组态软件和数据视频服务器，并在站控SCADA监控层中通过数据处理，在数据视频服务器中存储、处理以组态工艺流程画面方式呈现；最后将本站内流量、压力、液位、输油泵、可燃气体检测信息等生产信息通过以太网上传至油田公司云平台管理层。
上述数据采集监控系统有以下因素制约着智能化需求：
1、这种数据采集系统架构数据采集中间层级多，其中某一环节一旦出现故障则数据无法上传监控保存，后期也无法调取查询。已经不能满足油田推进智能化发展数据共享应用的建设需求。
2、上述数据采集监控系统中数据采集频率受到信号转换和网络传输延迟限制，实时性差，对于精度要求高的监控响应迟滞，毫秒级的异常变化也无法实现数据上传命令下达的及时反馈控制。
3、油气田生产属于国家战略重点保护单位，都是内部独立的私有局域网络，中间各级工作站客户端受制于原基于IPV4协议IP地址数量限制，已无法满足越来越多的站点建设监控的需求。IPv6协议的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种仪表设备接入局域网的障碍。
4、对原有数据采集监控系统的智能化改造升级需投入大量资金采购新型智能仪表和设备。三、发明内容：
针对上述问题，本发明提供一种结构简单，安装方便投资和改造工程量小，实时性好的基于IPV6油气田站控数据采集监控系统智能化升级用的智能控制器。作为油田云平台智能化分析管理数据共享的唯一来源，加速油气田智能化转型。
给旧系统每台仪表安装一个本发明的智能控制器即可实现系统升级。安装在每个现场仪表上与仪表信号输出端子连接，集仪表设备数据采集转换、数据智能管理分析、视频监控智能识别、控制器间通过有线或无线方式联锁控制及主网双通讯网络一体的智能控制器。针对于原有四层架构的油田数据采集监控系统升级为两层架构的数据采集监控系统。
应用本智能控制器后数据采集监控系统架构如图2。由现场仪表层直接上传到油田公司云平台管理层，没有了中间环节限制，同时数据采集监控和视频监控合二为一，构建一套全新的油田数据采集监控系统。IPv6协议的使用，可以不受限制地为仪表设备提供IP地址，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。
巨大优势是对于原有数据采集监控系统的改造升级只需给每个仪表配备一个智能控制器，无需投入大量资金采购新型智能仪表和设备，对于原有的系统不需要重新布线施工，旧系统的改造升级简单易行快捷。大大降低监控系统投资成本。
四、附图说明
图1是某油田现有的数据采集监控系统(SCADA)示意图；
图2是本发明提供一种基于IPV6油气田数据采集监控系统智能控制器系统示意图；
图3是本发明基于图2所示智能控制仪表的外观结构示意图；
图4是本发明基于图2所示智能控制仪表中智能控制器的组成结构示意图；
五、具体实施方式
下面以一种结构简单，安装方便投资和改造工程量小，实时性好的基于IPV6油气田数据采集监控智能控制系统为例结合其附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
如图2，为一种基于IPV6油气田站控数据采集监控智能控制系统示意图，在原数据采集监控系统每台现场仪表安装一台本发明智能控制器，包括现场仪表层和油田公司云平台管理层，其中现场仪表层包括各个带现场智能控制仪表，现场智能控制仪表包括现有仪表和智能控制器；各个现场仪表通过采用以WIFI、4G、5G通信方式的有线或无线方式的主网以IPV6网络协议与油田公司云平台管理层实时上传数据，并接收控制指令。各个现场仪表智能控制器之间通过采用以zigbee、LoRa、Sub-G，4G、5G等通信方式的有线或无线方式的次网进行通讯。每个原有站控系统电脑作为客户端通过网络直接访问油田公司云平台实现数据呈现分析等功能。
如图3和4，智能控制器包括信号转换单元、微处理器、高清微摄像头和通讯模块，其中，
信号转换单元：连接现场已有旧仪表传感器信号，包括模拟量、数字量以及自定义的RS485信号所有数据，将这些信号采集统一转换处理后由微处理器进行管理分析。数据采样频率高可实现毫秒级速度响应反馈。
微处理器：选用Linux嵌入式芯片操作系统设计，具有多线程多任务并发同时处理功能，对采集信号实时联动分析，超限数据预警设置。内含数据智能管理分析软件和视频智能识别分析软件。数据存储器不低于4G，数据智能管理分析软件具有数据自动筛选、优化、工况分析预警功能，存储器存储有效历史数据一个月以备事件追踪调用查询。
通讯模块：具有主网和控制器间次网有线或无线双通讯链路，现场搭建无线WIFI主网络覆盖到需要监控的仪表设备，或者4G、5G通讯方式以IPV6网络协议与云中心通讯实时上传数据接收云端控制指令。次网是现场多个仪表传感器安装的智能控制器之间通过有线或无线方式通讯，无线通讯方式包含但不限于zigbee、LoRa、Sub-G，4G、5G等无线通信方式。保证仪表传感器间自主闭环联动控制，在仪表设备各个节点间相互传输采集控制指令。保证一旦WIFI主网故障时，现场各仪表传感器之间依旧可以独立运行监控联锁控制。
高清微摄像头：在智能控制器外壳上部有微型高清摄像头，监控传感器仪表附近工作环境，对于安全隐患比如漏油、管线泄露等异常的情况可及时自动识别报警，黑白自动切换摄像头。具有图像抓拍功能。同时具备了数据采集和视频监控的功能，在云平台将SCADA系统和视频监控系统合二为一。
在每台现场仪表安装一台上述智能控制器，每个现场智能控制仪表集仪表设备数据采集转换、数据智能管理分析、视频监控智能识别、控制器间通过有线或无线方式联锁控制及主网双通讯网络一体的智能控制器；可以对于现有四层架构的油田数据采集监控系统改造为两层架构的数据采集监控系统。这样，由现场仪表层直接上传到油田公司云平台管理层，没有了中间节点限制，同时数据采集监控和视频监控合二为一，构建一套全新的油田数据采集监控系统。同时，采用IPv6协议通讯，可以不受限制地为现场仪表设备提供不受限制的IP地址，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。以上仅结合目前考虑的最实用的优选实施例对本申请进行描述，需要理解的是，上述说明并非是对本申请的限制，本申请也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本申请的保护范围。智能控制器可以根据现场仪表的数量设计为2路、4路、8路等多路信号输入，一个智能控制器可连接多个现场仪表。不仅限于旧有的数据采集监控系统的升级改造也适用于新建设的数据采集监控系统应用。

Claims (1)

1.一种基于IPV6协议数据采集监控系统的智能控制器，其特征在于，包括信号转换单元、微处理器、高清微摄像头及通讯模块组成；
信号转换单元：连接现场已有旧仪表传感器信号，包括模拟量、数字量以及自定义的RS485信号所有数据，将这些信号采集统一转换处理后由微处理器进行管理分析，数据采样频率高可实现毫秒级速度响应反馈；
微处理器：采用智能的嵌入式芯片，选用Linux是嵌入式操作系统设计，具有多线程多任务并发同时处理功能，对采集信号实时联动分析，超限数据预警设置，内含数据智能管理分析软件和视频智能识别分析软件，数据存储器不低于4G，数据智能管理分析软件具有数据自动筛选、优化、工况分析预警功能，存储器存储有效历史数据一个月以备事件追踪调用查询；
通讯模块：具有主网和控制器间次网有线或无线双通讯链路，现场搭建无线WIFI主网络覆盖到需要监控的仪表设备，或者4G、5G通讯方式以IPV6网络协议与云中心通讯实时上传数据接收云端控制指令,次网是现场多个仪表传感器安装的智能控制器之间通过有线或无线方式通讯，无线通讯方式包含但不限于zigbee、LoRa、Sub-G，4G、5G等无线通信方式,保证仪表传感器间自主闭环联动控制，在仪表设备各个节点间相互传输采集控制指令,保证一旦WIFI主网故障时，现场各仪表传感器之间依旧可以独立运行监控联锁控制；
高清微摄像头：在智能控制器外壳上部有微型高清摄像头，监控传感器仪表附近工作环境，对于安全隐患比如漏油、管线泄露等异常的情况可及时自动识别报警，黑白自动切换摄像头,具有图像抓拍功能,同时具备了数据采集和视频监控的功能，在云平台将SCADA系统和视频监控系统合二为一。
CN202111103505.7A 2021-08-30 2021-09-23 一种基于ipv6协议数据采集监控系统的智能控制器 Pending CN113759793A (zh)

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