CN212563172U - 一种工业无线采油井注药箱监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及注药箱系统控制领域，具体地说是一种工业无线采油井注药箱监控系统。本实用新型包括：注药箱监控设备、注药箱网关设备和上位机软件；注药箱监控设备包括：主机单元、与其连接的压力采集单元、液位采集单元、第一射频处理单元、控制单元、以及与压力采集单元连接的压力传感器和与液位采集单元连接的液位传感器；注药箱网关设备包括，顺次连接的第二射频处理单元、MCU处理器单元和网络协调器单元；网络协调器单元与PC连接，第二射频处理单元连有用于与第一射频处理单元通信的天线B。本实用新型的有益之处在于提高采油井中的注药箱智能化管理，降低巡查耗费的时间以及精力，通过PC机的软件展示监控数据信息，降低注药箱管理的成本。

Description

一种工业无线采油井注药箱监控系统

技术领域

本实用新型涉及注药箱系统控制领域，具体地说是一种工业无线采油井注药箱监控系统。

背景技术

在油田信息系统的监管过程中，对注药箱采用传统的人员巡检的方式，工作人员达到注药箱所在处，通过目测观察注药箱的连通管液位刻度的变化，获取药液的变化量；读取管道安装的机械压强的数值变化，获取压强的变化量；手动方式或者定时开关方式控制注药箱电泵的启停。然而不能实时监控注药箱的工作状态以及电泵的启停，在雨雪天气对去现场观察极其不便，从而导致工作人员的工作效率低。因此需要开发一种工业无线采油井注药箱监控系统尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种工业无线采油井注药箱监控系统，作为采油井中的注药箱监控系统，并能以无线方式与油田平台数据进行信息交互，使得监管人员能够远程及时监控注药箱的液位、管道压力变化，同时可以控制电泵的工作状态，降低人员在这方面耗费的时间以及精力，进一步提高人员效率，降低油田在注药箱上的监管成本。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，包括：注药箱监控设备、注药箱网关设备和上位机；

所述注药箱监控设备包括：主机单元、与其连接的压力采集单元、液位采集单元、第一射频处理单元、控制单元、以及与压力采集单元连接的压力传感器和与液位采集单元连接的液位传感器；所述液位传感器设于注药箱内，且液位传感器检测部位远离注药箱连有输出管道的出水口；所述压力传感器检测部分设于注药箱输出管道内；所述控制单元与注药箱输出管道上设置的电泵连接，所述控制单元与电泵之间设有控制电泵启停的启停装置；

所述注药箱网关设备包括，顺次连接的第二射频处理单元、MCU处理器单元和网络协调器单元；所述网络协调器单元与上位机连接；所述第二射频处理单元连有用于与第一射频处理单元通信的天线B。

所述液位采集单元和压力采集单元内均设有信号放大器。

所述液位传感器为压阻式传感器，通过线缆固定在注药箱底面。

所述液位传感器设于注药箱底面范围内与所述出水口的距离最远处。

所述压力传感器为压阻式传感器，与注药箱输出管道管壁螺纹连接；所述压力传感器检测部分进入注药箱输出管道内，螺纹连接处通过厌氧胶密封。

所述启停装置为控制继电器。

所述第一射频处理单元包括顺次连接的射频处理芯片A、射频放大器A、第一射频调制感容A、射频开关A；所述射频开关还通过第二射频调制感容A与射频处理芯片A连接；

所述射频处理芯片A与主机单元连接；

所述射频开关连有天线A。

所述第二射频处理单元包括顺次连接的射频处理芯片B、射频放大器B、第一射频调制感容B、射频开关B；所述射频开关还通过第二射频调制感容B与射频处理芯片B连接；

所述射频处理芯片B与MCU处理器单元连接；

所述射频开关B与天线B连接。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

实现油田管理平台系统中PC机对注药箱的无线形式管理，采用注药箱监控设备实现对注药箱液位、管道内压力以及控制电泵，通过无线网络将数据发送注药箱网关设备，注药箱网关设备通过网口将数据发送给管理平台的PC机。实现无线方式与注药箱网关设备进行信息交互，使得监控人员能够远程监测采油井注药箱液位变化以及管道压力变化，同时能够控制电泵注入药液的启停功能。提高采油井中的注药箱智能化管理，降低人员巡查耗费的时间以及精力，进一步提高人员效率，降低采油井中的注药箱管理的运营成本。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的注药箱监控设备示意图；

图3是本实用新型的注药箱网关设备示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

为了实现本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但本实用新型能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图1所示为本实用新型的整体结构示意图。

一种工业无线采油井注药箱监控系统包括：注药箱监控设备和注药箱网关设备。其中注药箱监控设备采集注药箱液位变化、管道压力变化以及控制注药电泵工作，并通过无线网络将采集的数据传递给注药箱网关设备；注药箱网关设备一端连接上位机，进行有线数据交互，另外一端通过无线网络与注药箱监控设备进行数据交换；上位机通过注药箱网关设备获取注药箱监控设备采集的数据，并再次通过网关设备发送控制命令传递给注药箱监控设备。

如图2所示为本实用新型的注药箱监控设备结构图。

一种工业无线采油井注药箱监控系统，包括：主机单元、与其连接的压力采集单元、液位采集单元、第一射频处理单元、控制单元、以及与压力采集单元连接的压力传感器和与液位采集单元连接的液位传感器；

液位传感器设于注药箱内，且液位传感器检测部位远离注药箱连有输出管道的出水口；

压力传感器检测部分设于注药箱输出管道内；

控制单元与注药箱输出管道上设置的电泵连接，所述控制单元与电泵之间设有控制电泵启停的启停装置。注药箱监控设备和注药箱网关设备。其中注药箱监控设备采集注药箱液位变化、管道压力变化以及控制注药电泵工作，并通过无线网络将采集的数据传递给注药箱网关设备；注药箱网关设备一端连接上位机，进行有线数据交互，另外一端通过无线网络与注药箱监控设备进行数据交换；上位机通过注药箱网关设备获取注药箱监控设备采集的数据，并再次通过网关设备发送控制命令传递给注药箱监控设备。

主机单元，包括MCU处理器、数据采集总线以及控制总线。MCU包含内核为ARM、51、DSP内核，用于对核心数据处理、运算以及解析；其中数据采集总线用于液位采集单元和压力采集单元的数据交换；其中的控制总线用于输出控制信号，实现对注药箱电泵的工作状态控制。

射频处理单元，射频处理器芯片通过射频放大器输出，经过第一射频调制感容匹配连接到射频开关，射频处理芯片发送电信号到射频放大器，进行射频放大，将放大后的射频信号发送到第一射频调制感容，进行调制之后传递到射频开关，射频开关连接输入/输出接口，通过输入/输出接口连接天线进行输出；输入/输出接口一端连接天线，另一端连接射频开关，接收天线的无线信号，发送到射频开关，射频开关通过第二射频调制感容连接到射频处理芯片，将无线信号通过第二射频调制感容进行滤波后，发送到射频处理芯片，转化为电信号；射频处理器芯片通过总线接口连接核心处理，进行数据交互。

液位传感器探头通过调整连接传感器的线缆，使其置于箱体的底部，注意液位传感器探头远离注药箱输出管道，通过自锁式不锈钢扎带将液位采集传感器的线缆固定在箱体固定架上，液位传感器设于注药箱底面范围内与所述出水口的距离最远处。

液位采集单元使用的投入式液位采集，其中采集使用的方式压阻式转换方式，实现方式为：

液位采集单元受到的压力公式为：

P＝ρgh+P₀

其中，P为传感器受到的压强(传感器所在的位置点)；ρ为药液密度；g为当地的重力加速度；P₀为液面上的大气压力；h为药液的高度。

根据上述公式可知药液的高度为：

h＝(P-P₀)/ρg

控制单元使用控制继电器控制注药箱中电泵的工作电源，控制单元输出信号控制继电器线圈的工作电源，进一步控制了控制继电器触点的动作，而控制继电器的公共触点接电泵的工作电源，控制继电器常开触点与电泵的供电线连接，通过触点连接和端口实现对注药箱电泵的工作状态的控制。

压力采集单元使用压阻式采集方式，与注药箱输出管道管壁螺纹连接；压力传感器检测部分进入注药箱输出管道内，螺纹连接处通过厌氧胶密封。当管道内液体压力发生变化时使得采集的压阻式传感器的阻值变化，从而反映出管道内液体压强。

注药箱监控设备，主要包括主机单元、液位采集单元、控制单元、射频处理单元、压力采集单元、液位传感器以及压力传感器组成。在注药箱采集系统中使用注药箱监控设备对采油井注药箱监控采集。压力采集单元和液位采集单元采集的数据是实现将被采集物的物理量信号转为电信号量的数据，经过运算放大器放大，再传递给综合主机单元的A/D转换电路中，经过A/D转换电路将模拟的电信号转化为数字量信号，通过总线传递给主机单元的处理器，主机单元通过平滑滤波等方式将传感器单元采集的信号量做数字处理；处理器通过总线将采集的数据做分类处理，并以总线方式传递给无线处理单元；无线处理单元将获取的总线数据通过射频调解电路，将电信号转换为无线的射频信号，传递给注药箱网关设备；而注药箱网关设备也接受注药箱监控设备，并对其命令解解并执行。

如图3所示为本实用新型的注药箱网关设备示意图。

注药箱网关设备，包括MCU处理单元、网络协调器单元和射频处理单元。MCU处理单元用于对核心数据处理、运算以及解析，其中数据总线用于进行数据传输，使得处理数据传输给射频处理单元以及PC机；网络协调器单元是由网络协调器芯片将信号传递给网络变压器输出给RJ45网络接口，通过RJ45网络接口的硬件与PC机网口链接，并进行数据交互；射频处理单元是由射频处理器芯片通过射频放大器输出，经过第一射频调制感容匹配连接到射频开关，射频处理芯片发送电信号到射频放大器，进行射频放大，将放大后的射频信号发送到第一射频调制感容，进行调制之后传递到射频开关，射频开关连接输入/输出接口，通过输入/输出接口连接天线进行输出；输入/输出接口一端连接天线，另一端连接射频开关，接收天线的无线信号，发送到射频开关，射频开关通过第二射频调制感容连接到射频处理芯片，将无线信号通过第二射频调制感容进行滤波后，发送到射频处理芯片，转化为电信号；射频处理器芯片通过总线接口连接核心处理，进行数据交互，其中的射频处理单元支持射频协议为LORA、WIA-PA、WIFI、蓝牙、ZigBee其中的之一。

网络协调器单元，一端通过网口与上位机连接，并进行数据交换；另外一端以总线与MCU处理单元；

MCU处理单元，以总线与射频处理单元进行数据交换，处理无线射频数据，并将处理完成的数据，在通过总线传递给网络协调器单元，从而实现将无线数据处理转换为有效数据。

本实用新型的工作原理：

注药箱网关设备通过RS45网络接口硬件与PC上位机建立链接，并进行注药箱控制以及采集数据的交互，从而实现PC上位机上油田注药箱管理平台的数据传递到网关设备，注药箱网关设备中的网络协调器单元通过总线将信息传递给MCU处理单元；MCU处理单元将接收的数据信息分类处理、运算以及转发；MCU处理单元采用总线方式将射频数据传递给射频处理单元；射频处理单元接受到需要发送的数据通过射频调整电路将电信号转化为射频信号传递给天线，并通过天线传输给注药箱监测设备，注药箱监测设备获取命令信息对注药箱进行采集或者控制，使监控人员能够远程控制注药箱电泵的启停、监测注药箱内液位的变化以及注药箱输出管道内压力变化。

液位传感器和压力传感器将采集的注药箱液位信息和管道压力信息通过无线网络将采集的信息发送至注药箱网关设备，注药箱网关设备通过有限方式进行信息交互，使监控人员能够远程监测采油井注药箱。

Claims (8)

1.一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，包括：注药箱监控设备、注药箱网关设备和上位机；

所述注药箱监控设备包括：主机单元、与其连接的压力采集单元、液位采集单元、第一射频处理单元、控制单元、以及与压力采集单元连接的压力传感器和与液位采集单元连接的液位传感器；所述液位传感器设于注药箱内，且液位传感器远离注药箱连有输出管道的出水口；所述压力传感器设于注药箱输出管道内；所述控制单元与注药箱输出管道上设置的电泵连接，所述控制单元与电泵之间设有控制电泵启停的启停装置；

所述注药箱网关设备包括，顺次连接的第二射频处理单元、MCU处理器单元和网络协调器单元；所述网络协调器单元与上位机连接；所述第二射频处理单元连有用于与第一射频处理单元通信的天线B。

2.根据权利要求1所述的一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，所述液位采集单元和压力采集单元内均设有信号放大器。

3.根据权利要求1所述的一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，所述液位传感器为压阻式传感器，通过线缆固定在注药箱底面。

4.根据权利要求1所述的一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，所述液位传感器设于注药箱底面范围内与所述出水口的距离最远处。

5.根据权利要求1所述的一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，所述压力传感器为压阻式传感器，与注药箱输出管道管壁螺纹连接；所述压力传感器进入注药箱输出管道内，螺纹连接处通过厌氧胶密封。

6.根据权利要求1所述的一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，所述启停装置为控制继电器。

7.根据权利要求1所述的一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，所述第一射频处理单元包括顺次连接的射频处理芯片A、射频放大器A、第一射频调制感容A、射频开关A；所述射频开关还通过第二射频调制感容A与射频处理芯片A连接；

所述射频处理芯片A与主机单元连接；

所述射频开关连有天线A。

8.根据权利要求1所述的一种工业无线采油井注药箱监控系统，其特征在于，所述第二射频处理单元包括顺次连接的射频处理芯片B、射频放大器B、第一射频调制感容B、射频开关B；所述射频开关还通过第二射频调制感容B与射频处理芯片B连接；

所述射频处理芯片B与MCU处理器单元连接；

所述射频开关B与天线B连接。

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