CN211579698U - 一种油井信息监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种油井信息监测系统，包括：MCU主控模块、电量处理模块、传感器模块、存储模块、电源模块、开关量模块、模拟量采集模块、ZigBee模块和监控终端；所述MCU主控模块分别与电量处理模块、传感器模块、存储模块、电源模块、开关量模块、模拟量采集模块和ZigBee模块连接，所述ZigBee模块与监控终端无线连接；所述电量处理模块的输入端与三相四线制电线连接。
Description
技术领域
本实用新型属于信息监测技术领域，涉及一种油井信息监测系统。
背景技术
油田是由规模大小不同的油井组成，实时掌握油井的各项参数，如温度、压力、流量、电流、电压等相关参数，了解油井的运行情况，对油田安全高效的生产至关重要。由于油井分布范围广，相邻油井从几米到几十公里不等，很多油井的位置非常偏僻，交通极其不便，在恶劣天气环境下，依靠传统的人工巡检方式采集这些数据，效率低，不能保证油田监控的实时性和准确性，并对工作人员的安全构成极大威胁。
随着国内各大油田现代化改造与数字化建设，大部分油井都已经采用油井信息监测系统来实时监测油井以及井组间设备的状态，目前市面上油井信息监测系统的种类比较多，多数采用的是基于PLC的为主控制器的RTU，这类产品成本比较高，设备长期放置在恶劣的室外环境存在算腐蚀、湿度损害等相关问题，这类产品正在被基于单片机嵌入式技术设计的低价高效，利于维修的产品所取代。
由于油井位置偏僻，分布范围广，因此供电系统电网存在功率因数偏低、线路长、负荷大等问题，并且经过现场实际调研考察发现，因为电线线路长，电线松弛，在风大天气下，三相四线电，线与相之间的电线被风吹后，容易误触在一起，造成220V电压变成380V电压，将整套油井信息监测系统损坏。
由于油井信息监测设备长期放置于室外，现场环境恶劣，监测系统经常容易被雷击雨淋。
目前，多数油田现场设备数据传输方式大多采用有线方式或数字电台，现场布线杂乱无章。
油井信息监测系统将油井的电参数、温度、压力等信息上传至生产监控中心，是针对于全国各大油田监测油井信息的一种重要解决方案。目前现有油井监测系统还存在很多弊端，大部分研发人员只是按照设计要求设计产品，只是实现了基本功能，却没有仔细考虑现场实际存在问题，因此油田信息监测系统有着很大的改进空间。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种油井信息监测系统，系统将采集来的信息通过ZigBee无线通信方式发送给监控终端，完全摈弃了传统的单一使用有线、数字电台监控油井的方法，实现了一种功能全面，具备防雷功能以及宽电压输入范围的油井信息监测系统。
本实用新型提供一种油井信息监测系统，包括：MCU主控模块、电量处理模块、传感器模块、存储模块、电源模块、开关量模块、模拟量采集模块、ZigBee模块和监控终端；
所述MCU主控模块分别与电量处理模块、传感器模块、存储模块、电源模块、开关量模块、模拟量采集模块和ZigBee模块连接，所述ZigBee模块与监控终端无线连接；所述电量处理模块的输入端与三相四线制电线连接。
在本实用新型的油井信息监测系统中，所述传感器模块包括：气体传感器、压力传感器、流量传感器和温度传感器。
在本实用新型的油井信息监测系统中，所述MCU主控模块、电量处理模块、存储模块、电源模块、开关量模块、模拟量采集模块、 ZigBee模块设置于机柜内，气体传感器、压力传感器、流量传感器、温度传感器和三相四线制电线通过引线连入机柜的接线端子上，接线端子采用万可弹簧压接式端子。
在本实用新型的油井信息监测系统中，电源模块输入端口、 ZigBee模块输出端口、三相四线制电线输入端口和传感器模块输入端口都设有防雷电路。
在本实用新型的油井信息监测系统中，所述监控终端包括ZigBe 协调器和主控制器，ZigBee模块与ZigBe协调器进行无线通信。
在本实用新型的油井信息监测系统中，所述电源模块包括：开关电源和分别与开关电源连接的断路器、浪涌保护器，所述开关电源能够承受的电压输入范围在135V～418V之间，可将输入的交流电压转化为系统所需12V、5V、3.3V直流电压供不同部分电路所使用。
在本实用新型的油井信息监测系统中，所述断路器为电磁液压式断路器。
在本实用新型的油井信息监测系统中，所述电量处理模块为三相多功能电量计量芯片。
在本实用新型的油井信息监测系统中，模拟量采集模块与油井示功仪连接，将采集的信号处理后传输给MCU主控模块。
在本实用新型的油井信息监测系统中，开关量模块包括：STM32 芯片和两个继电器，STM32芯片与MCU主控模块连接，根据MCU 主控模块的指令驱动继电器，实现远程控制油井现场设备的开与关。
本实用新型的一种油井信息监测系统至少具有以下有益效果：
1、具备宽输入电压范围，保证电源供电系统线与相之间的电线被风吹在一起，电压变为380V也能承受。
2、具备宽电压监测范围，能够保证三相电采集端口在线与相之间的电线被风吹在一起，电压变为380V也能承受。
3、所有端口均具备防雷功能，确保室外雷击设备不受损坏。
4、实现功能多，能够满足油田现场所需大部分功能。
5、采用弹簧压接端子，传统螺丝端子采用弹片压片方式固定，受到震动后容易脱落，弹簧压接端子具有一定应力，保证设备长期放置在室外不会松动脱落。
6、采用ZigBee模块无线传输数据，摈弃了传统的单一使用有线、数字电台监控油井的方法。
7、不仅能够控制断路器开合，同时能够监测现场断路器开合状态，并将断路器状态，并传送给监控终端进行报警。
8、电路板采用灌胶方式能够进行防腐防潮，增加了电路板的可靠性与使用寿命。
9、设备外壳防护等级为IP54级，防尘无法完全防止灰尘侵入，但侵入灰尘量不会影响电气正常运作。防止飞溅的水侵入。
附图说明
图1是本实用新型的一种油井信息监测系统的结构框图；
图2是本实用新型的一种油井信息监测系统的机柜示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的一种油井信息监测系统，包括：MCU 主控模块1、电量处理模块2、传感器模块3、存储模块4、电源模块 5、开关量模块6、模拟量采集模块7、ZigBee模块8和监控终端9。
所述MCU主控模块1分别与电量处理模块2、传感器模块3、存储模块4、电源模块5、开关量模块6、模拟量采集模块7和ZigBee 模块8连接，所述ZigBee模块8与监控终端9无线连接；所述电量处理模块2的输入端与三相四线制电线10连接。所述传感器模块3 包括：气体传感器、压力传感器、流量传感器和温度传感器。
MCU主控模块1使用的MCU是基于Cotex-m3内核的 STM32F103RCT6芯片，负责与其他模块通信，处理采集来的数据以及控制外围电路。
存储模块4采用Microchip公司生产的24C04可擦除EEPROM，用IIC总线与STM32芯片连接，用于存储程序以及重要的中间数据，作为拓展存储器，防止采集数据量过大。
所述MCU主控模块1、电量处理模块2、存储模块4、电源模块 5、开关量模块6、模拟量采集模块7、ZigBee模块8设置于机柜内，气体传感器、压力传感器、流量传感器、温度传感器和三相四线制电线10通过引线连入机柜的接线端子上，接线端子采用万可弹簧压接式端子，保证引线不会受震脱落。强电输入部分端子间距设置应比弱点信号部分间距大。
电源模块5的输入端口、ZigBee模块8的输出端口、三相四线制电线10的输入端口和传感器模块3的输入端口都设有防雷电路。
监控终端9包括ZigBe协调器91和主控制器92，ZigBee模块8 与ZigBe协调器91进行无线通信。使用ZigBee模块8，模块与模块之间具备组网功能，将MCU主控模块1的数据上传至监控终端9。
电源模块3包括：开关电源和分别与开关电源连接的断路器、浪涌保护器。由于现场配电工况复杂，因为电线线路长，电线松弛，在风大天气下，三相四线电，线与相之间的电线被风吹后，容易误触在一起，造成220V电压变成380V电压，因此设计的电源模块能够承受宽电压输入范围，电源输入范围可在135V～418V之间。后将输入的交流电压转化为系统所需12V、5V、3.3V直流电压供不同部分电路所使用。所述断路器为电磁液压式断路器。普通弹片式断路器所使用的弹片冷涨冷缩，受温度影响较大，使用电磁式断路器依靠的是电磁感应，保证断路器在室外温差大的情况下也能使用。同时配合浪涌保护器确保受雷击以及大电流冲击时保护整个电源系统。
所述电量处理模块2采样电阻以及所有器件选型设计均是按照最大输入电压380V设计，可承受较高电压，并设计带有差模以及共模防雷电路，防止采集端接口引入雷电，损坏整个油井监测系统，电量处理模块2的处理芯片采用三相多功能电量计量芯片，能够采集三相电电压、电流、有功功率、无功功率、电流变化量、功率因数、正反向有功电度、绝对和有功电度、总有功功率、净有功电度等相关电参数。
模拟量采集模块7能够采集4mA～20mA模拟量电流，通过运算放大器以及STM32芯片内部自带的AD转换功能对模拟信号进行采集处理，模拟量采集模块7与油井示功仪连接，将采集的信号处理后传输给MCU主控模块1。
开关量模块6包括：STM32芯片和两个继电器，STM32芯片与 MCU主控模块1连接，根据MCU主控模块1的指令驱动继电器控制断路器的通断，实现远程控制油井现场设备的开与关。
为了解决油田设备放置于环境恶劣的室外，普通的油井信息监测系统虽然放置于保护壳中，但长期的收到风吹雨淋，内部设备也存在受潮变腐的问题，为了解决此问题，本油田信息监测系统采用灌胶封装的方式，在制作好的油井信息监测系统灌入专用的密封胶，解决了电路板受潮防腐的问题。
如图2所示，设备机柜外壳防护等级达到IP33级，将MCU主控模块1、电量处理模块2、存储模块4、开关量模块6、模拟量采集模块7和ZigBee模块8构成的油井监测板、断路器、浪涌保护器、开关电源构成的电源板通过导轨安装到设备机柜内，进行走线布线。将传感器模块3以及三相四线制电线10通过引线接入油井监测板，考虑到阻抗匹配与干扰问题，引线长度不易超过3米。同时设备机柜外部安装有天线，通过馈线与ZigBee模块8进行连接，用于无线传输信号。
安装好硬件后，对整个系统进行上电检测，测试整个油井监测系统运转是否正常，油井监测板预留由DB9头，通过232通信将设备与电脑连接方便调试检修，同时油井监测板的面板上设有电源、通信、故障指示灯，通过指示灯可以快速检测到主要功能是否正常。
完成硬件安装调试后，系统开始运行，MCU主控模块1会将传感器模块3采集来的数据与电量处理模块2采集的三相电电流、电压、有功功率、无功功率、有功电度等电参数信息进行处理运算，打包发送给ZigBee模块8，ZigBee模块8通过无线传输方式传送给监控终端9，再次确认监控终端9软件端能否正常显示三相电电压、电流、有功功率、无功功率、电流变化量、功率因数、正反向有功电度、绝对和有功电度、总有功功率、净有功电度、温度、流量、压力、等相关数据。
本实用新型的一种油井信息监测系统，该系统用于油井信息的监测，能够监测电参数、流量、压力、温度，配备四路模拟量输入，用于采集4～20mA电流、两路485输入，用于采集传感器传输来的信息、两路开关量，用于远程控制周边外围设备，同时可监测现场断路器的是否开合，防止不法人员私自断开电闸进行偷油，当监测到断路器断开会主动报警提示。系统将采集来的信息通过ZigBee无线通信方式发送给监控终端，完全摈弃了传统的单一使用有线、数字电台监控油井的方法，实现了一种功能全面，具备防雷功能以及宽电压输入范围的油井信息监测系统。
由于油井位置偏僻，分布范围广，因此供电系统电网存在功率因数偏低、线路长、负荷大等问题，并且经过现场实际调研考察发现，因为电线线路长，电线松弛，在风大天气下，三相四线电，线与相之间的电线被风吹后，容易误触在一起，造成220V电压变成380V电压，将整套油井信息监测系统损坏。设备与三相四线制电线连接的地方有两处，一是供电电源部分，二是三相电电参数采集部分。由于油井信息监测设备长期放置于室外，现场环境恶劣，监测系统经常容易被雷击，设备所有端口均具备防雷措施。设备放置在环境恶劣的室外，油田常处于风沙大的地带，经常会受到雨淋日晒，因此设计设备外壳具备防雨防风沙，内部监测系统具备防尘防腐蚀能力。目前，多数油田现场设备数据传输方式大多采用有线方式或数字电台，现场布线杂乱无章，本设备采用无线传输方式。油田现场设备都是挂接在电线杆子上或者安装在墙上，很多油田都处在地震高发区，设备引线连接出通常采用螺丝压接方式，这种方式当螺丝扭紧引线冷压端子，时间久了，冷压端子发生形变，应力减少，设备经常出现震动后，螺丝就会出现松动，引线存在断接风险，因此在端子接口处采用防震动压接端口。由于油井多数处于人烟稀少的地方，现场会存在不法人员偷油现象，在偷油前，不法分子害怕存在高电压对自己造成伤害，不会带电作业，通常会找到断路器位置，把总的断路器断开，设备增加一个能够监测断路器是否断开功能，不仅能够控制远程继电器开合，同时监测断路器是否断开，当断路器断开时，不论是人为断开还是设备故障断开，设备都会将断路器状态上报给监控终端9进行报警。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的思想，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油井信息监测系统，其特征在于，包括：MCU主控模块、电量处理模块、传感器模块、存储模块、电源模块、开关量模块、模拟量采集模块、ZigBee模块和监控终端；
所述MCU主控模块分别与电量处理模块、传感器模块、存储模块、电源模块、开关量模块、模拟量采集模块和ZigBee模块连接，所述ZigBee模块与监控终端无线连接；所述电量处理模块的输入端与三相四线制电线连接。
2.如权利要求1所述的油井信息监测系统，其特征在于，所述传感器模块包括：气体传感器、压力传感器、流量传感器和温度传感器。
3.如权利要求2所述的油井信息监测系统，其特征在于，所述MCU主控模块、电量处理模块、存储模块、电源模块、开关量模块、模拟量采集模块、ZigBee模块设置于机柜内，气体传感器、压力传感器、流量传感器、温度传感器和三相四线制电线通过引线连入机柜的接线端子上，接线端子采用万可弹簧压接式端子。
4.如权利要求1所述的油井信息监测系统，其特征在于，电源模块输入端口、ZigBee模块输出端口、三相四线制电线输入端口和传感器模块输入端口都设有防雷电路。
5.如权利要求1所述的油井信息监测系统，其特征在于，所述监控终端包括ZigBe协调器和主控制器，ZigBee模块与ZigBe协调器进行无线通信。
6.如权利要求1所述的油井信息监测系统，其特征在于，所述电源模块包括：开关电源和分别与开关电源连接的断路器、浪涌保护器，所述开关电源能够承受的电压输入范围在135V～418V之间，可将输入的交流电压转化为系统所需12V、5V、3.3V直流电压供不同部分电路所使用。
7.如权利要求6所述的油井信息监测系统，其特征在于，所述断路器为电磁液压式断路器。
8.如权利要求1所述的油井信息监测系统，其特征在于，所述电量处理模块为三相多功能电量计量芯片。
9.如权利要求1所述的油井信息监测系统，其特征在于，模拟量采集模块与油井示功仪连接，将采集的信号处理后传输给MCU主控模块。
10.如权利要求1所述的油井信息监测系统，其特征在于，开关量模块包括：STM32芯片和两个继电器，STM32芯片与MCU主控模块连接，根据MCU主控模块的指令驱动继电器，实现远程控制油井现场设备的开与关。
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