專利名稱：無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鉆井作業(yè)現(xiàn)場的信息采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前鉆井現(xiàn)場一般利用各種傳感器進行數(shù)據(jù)的采集工作，然后通過有線電 纜將各傳感器采集的信號處理后傳輸?shù)娇刂浦行模? 一般采用集中式布線和現(xiàn)場
總線方式。這種信息釆集系統(tǒng)存在以下一些不足
1. 集中式布線要求每一個采集儀都必須通過一根電纜連接到VFD房或司鉆 房的PLC，這需要多根電纜；現(xiàn)場總線技術(shù)雖然大大減少了從鉆井現(xiàn)場到總控室 的電纜數(shù)目，但是每個采集儀器到總線的連接依然有大量的電纜存在。由于鉆 井現(xiàn)場環(huán)境惡劣，并且鉆井過程中起下鉆桿等操作都是與重型、大型的設(shè)備打 交道，所以這些沿井架管線或支架等鋪設(shè)或架空的多條電纜造成本來就狹小的 鉆井現(xiàn)場更顯雜亂。
2. 由于石油鉆井普遍采用的完井制度，這些采集儀所要求的安裝時間較短， 而鋪設(shè)或架空線纜又受到井場設(shè)備、設(shè)施的制約，故整個安裝布線過程非常緊 張和復(fù)雜，直接影響鉆井生產(chǎn)。這些線纜易受到施工過程中重物或人員的無意 破壞，而由于有線網(wǎng)絡(luò)的錯綜復(fù)雜， 一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的使用和維護成本也 較高。
由于有線系統(tǒng)受到鉆井現(xiàn)場環(huán)境的制約，使得系統(tǒng)的可擴展性低，采集信 號在傳送過程中很容易受到周圍強電環(huán)境的干擾，嚴重時造成數(shù)據(jù)錯誤，穩(wěn)定 性較差。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是解決現(xiàn)有有線采集系統(tǒng)存在的易受干擾、易受井場限 制、擴展性差和成本較高的問題，提供一種無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，具有 易于擴展、安裝筒便、抗干擾能力更強、裝用成本更低的優(yōu)點。本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)
無線鉆井井場信息釆集系統(tǒng)，包括控制中心和數(shù)據(jù)采集器，所述采集系統(tǒng) 還包括中繼器和無線接收器，數(shù)據(jù)采集器為包含有發(fā)射部件的數(shù)據(jù)采集無線發(fā) 射器，數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射器通過其天線與中斷器有無線信號傳遞，中繼器與無 線接收器通過彼此的天線有無線信號傳遞，無線接收器與控制中心通過數(shù)據(jù)接 口有線信號傳遞。
所述控制中心內(nèi)采用PC機或PLC為分析、處理數(shù)據(jù)和控制的主機。
所述無線接收器設(shè)置于井場的總控室內(nèi)，其與控制中心通過RJ接口或 RS-485接口進行信號傳遞。
所述控制中心包括能夠與遠端的局域網(wǎng)服務(wù)器通訊的數(shù)據(jù)接口。
所述數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射器包括傳感器、單片機、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、射頻電路 和電源管理電路，電源管理電路分別與其它元件連接以供應(yīng)電源，單片機分別 與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、射頻電路連接，傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接。
所述數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射器還包括與射頻電路連接的信號放大器和外置天 線，以及設(shè)置在傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間的轉(zhuǎn)換電路輸入保護電路。
所述釆集系統(tǒng)還包括設(shè)置在井場多個位置的攝像頭及與之連接的網(wǎng)絡(luò)視頻 服務(wù)器和定向天線，設(shè)置在司鉆房或總控室、與定向天線無線信號連接的視頻 信號接收端，以及和視頻信號端連接的監(jiān)控PC。
本實用新型采用上述結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果
1. 以無線方式實現(xiàn)與控制系統(tǒng)的無縫式通訊。
2. 不需要鋪設(shè)電纜、不需要橋架，不需要接線盒、機拒和I/0卡件，不需 要接線，能夠節(jié)省安裝成本。
3. 能夠以99%以上的通訊可靠性實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控；能夠確保工業(yè)級的 安全，以及不干擾其它任何現(xiàn)有系統(tǒng)。
4. 系統(tǒng)擴展的方便、快捷，增加新的測點非常容易；未來改造也無需考慮 增加機拒、接線盒、卡件、橋架等。5. 系統(tǒng)布置簡潔，沒有電纜、機拒，和卡件的束綽；大大減少占用控制室 的空間。
6. 實現(xiàn)無線變送器的遠程在線組態(tài)、校驗、診斷，以及監(jiān)控通訊，遠程實 時了解無線變送器的所有健康狀態(tài)信息、組態(tài)信息、診斷信息、報警信息、以 及測量參數(shù)。
7. 安裝簡單，系統(tǒng)啟動速度迅速。
8. 后期維護費用也大大減少，不需要維護電纜、接線，無需維護機拒、接 線盒、卡件等。
可見，釆用上述結(jié)構(gòu)的本實用新型，具有易于擴展、安裝簡便、抗干擾能 力更強、裝用成本更低的優(yōu)點，可用于鉆井井場作業(yè)時采集信息。

圖l是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型中tt據(jù)釆集無線發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步的說明。 如圖1所示，無線鉆井井場信息釆集系統(tǒng)包括控制中心和數(shù)據(jù)采集器，所 述采集系統(tǒng)還包括中繼器和無線接收器，數(shù)據(jù)采集器為包含有發(fā)射部件的數(shù)據(jù) 采集無線發(fā)射器，^t據(jù)釆集無線發(fā)射器通過其天線與中斷器有無線信號傳遞， 中繼器與無線接收器通過彼此的天線有無線信號傳遞，無線接收器與控制中心 通過數(shù)據(jù)接口有線信號傳遞。
結(jié)合圖1的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更具體而言，本系統(tǒng)的組成部分中，第一部分數(shù)據(jù) 采集無線發(fā)射器可稱為如圖1所示的無線傳感器節(jié)點，它釆集各類變送器或傳 感器的數(shù)據(jù)，然后通過無線射頻方式將數(shù)據(jù)傳送到中心節(jié)點；第二部分中繼器 可稱為如圖l所示的中心節(jié)點，它接收采集器發(fā)來的數(shù)據(jù)并無線轉(zhuǎn)發(fā)給接收器， 本實施例中，采用在需要時才喚醒某個采集器的模式，控制各個采集器發(fā)送數(shù) 據(jù)的時序，減小多個采集器同時發(fā)送數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)碰撞的概率，減小功耗；第三部分無線接收器，它在總控室(VFD房)內(nèi)通過無線接收中繼器發(fā)來的數(shù)據(jù)， 并通過RJ45 口接入局域網(wǎng)或者通過RS-485接口4妄入PLC;第四部分為控制中心， 可以通過PLC或者PC機對數(shù)據(jù)進行分析和處理或者進一步通過遠程方式傳送到 后方企業(yè)服務(wù)器上，供相關(guān)人員遠程監(jiān)控鉆井狀況。
第一部分、第二部分"^殳置在井場作業(yè)區(qū)，第三部分、第四部分設(shè)置在井場 監(jiān)控區(qū)。
本實施例中，數(shù)據(jù)釆集無線發(fā)射器(可簡稱為釆集器)其功能主要是完成 傳感器信號輸入、模數(shù)轉(zhuǎn)換(脈沖輸出型流量計無需進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以直接 由單片機進行;險測)、采集和記錄傳感相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過無線射頻方式將采集到 的信息無線發(fā)送到中繼器。釆集器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括傳感器、單片機、 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、射頻電路和電源管理電路。
電源管理電路分別與其它元件連接以供應(yīng)電源，單片機分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路、射頻電路連接，傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接。
如圖2所示，采集器還包括與射頻電路連接的信號放大器和外置天線，以 及設(shè)置在傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間的轉(zhuǎn)換電路輸入保護電路。
本實施例中，接收器位于控制中心內(nèi)，能夠接收到中繼器發(fā)送過來的無線 射頻信號，然后進行數(shù)據(jù)的整合處理，并能將處理后的數(shù)據(jù)存儲于自帶的FLASH 存儲器中，最后通過局域網(wǎng)或者RS-485接口將數(shù)據(jù)傳送到PLC?？梢圆捎糜芯€ 電源供電，因此可以用高性能的嵌入式CPU和大功率收發(fā)模塊來實現(xiàn)。
為了保證所有數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)被準確接收，接收器定期向所有采集 器廣播時鐘同步信號，各個采集器接收到此信號后再根據(jù)自身的編號做時間不 等的延遲，然后將自身的釆集數(shù)據(jù)發(fā)給中繼器。這樣在中繼器看來是各個采集 器在一個采集周期內(nèi)依次將數(shù)據(jù)發(fā)過來的，避免了突發(fā)數(shù)據(jù)沖突和相互干擾。
此外，接收終端還有一個重要功能是作為網(wǎng)關(guān)和PLC通信，無縫掛載在 Prof ibus-DP總線上。可采用PLC的RS-485接口作為自由通信口和網(wǎng)關(guān)通信， 做RS-485到Profibus-DP的協(xié)議轉(zhuǎn)換，使網(wǎng)關(guān)作為一個從站桂接到總線上。本實施例中，釆集系統(tǒng)還包括設(shè)置在井場多個位置的攝像頭及與之連接的 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和定向天線，設(shè)置在司鉆房或總控室、與定向天線無線信號連
接的視頻信號接收端，以及和視頻信號端連接的監(jiān)控PC。
每個攝像頭通過與之連接的定向天線，指向司鉆房的接收天線，組建成點 對多點的星形無線網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控前端采用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，將普通攝像頭的模 擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過無線網(wǎng)橋無線傳輸?shù)剿俱@房無線接收端，接收
端連接監(jiān)控PC，實時監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的攝像頭。
在應(yīng)用中，可通過選擇不同的無線網(wǎng)橋達到需要的傳輸距離，最遠傳輸距
離可達20-30千米，完全滿足井場需要，監(jiān)控PC可以通過CDMA或GPRS等接入 Internet,可供相關(guān)人員在遠端通過Internet實行遠程監(jiān)控，同時視頻信息也 可以保存下來供檢索回放。
本實施例中，采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，可以組成星形網(wǎng)、Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)和樹形 (簇狀)網(wǎng)以滿足不同的需要。Zigbee (IEEE802. 15. 4 )是一種高可靠的無線 傳輸網(wǎng)絡(luò)，類似CDMA，通信距離為10 - 200米，并且支持無線擴展，其低速傳 輸、低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、網(wǎng)絡(luò)容量大的特點適合用于井場無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)。
權(quán)利要求1、無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，包括控制中心和數(shù)據(jù)采集器，其特征在于，所述采集系統(tǒng)還包括中繼器和無線接收器，數(shù)據(jù)采集器為包含有發(fā)射部件的數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射器，數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射器通過其天線與中斷器有無線信號傳遞，中繼器與無線接收器通過彼此的天線有無線信號傳遞，無線接收器與控制中心通過數(shù)據(jù)接口有線信號傳遞。
2、 如權(quán)利要求1所述無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述控制 中心內(nèi)采用PC機或PLC為分析、處理數(shù)據(jù)和控制的主機。
3、 '如權(quán)利要求1所述無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述無線 接收器設(shè)置于井場的總控室內(nèi)，其與控制中心通過RJ接口或RS-485接口進行 信號傳遞。
4、 如權(quán)利要求2所述無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述控制 中心包括能夠與遠端的局域網(wǎng)服務(wù)器通訊的數(shù)據(jù)接口 。
5、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，其特征在 于，所述數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射器包括傳感器、單片機、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、射頻電路 和電源管理電路，電源管理電路分別與其它元件連接以供應(yīng)電源，單片機分別 與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、射頻電路連接，傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接。
6、 如權(quán)利要求5所述無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù) 采集無線發(fā)射器還包括與射頻電路連接的信號放大器和外置天線，以及設(shè)置在 傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間的轉(zhuǎn)換電路輸入保護電路。
7、 如權(quán)利要求1所述無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述采集 系統(tǒng)還包括設(shè)置在井場多個位置的攝像頭及與之連接的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和定向 天線，設(shè)置在司鉆房或總控室、與定向天線無線信號連接的視頻信號接收端， 以及和視頻信號端連接的監(jiān)控PC。
專利摘要無線鉆井井場信息采集系統(tǒng)，屬于鉆井作業(yè)現(xiàn)場的信息采集系統(tǒng)，目的是解決現(xiàn)有有線采集系統(tǒng)存在的易受干擾、易受井場限制、擴展性差和成本較高的問題，包括控制中心和數(shù)據(jù)采集器，所述采集系統(tǒng)還包括中繼器和無線接收器，數(shù)據(jù)采集器為包含有發(fā)射部件的數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射器，數(shù)據(jù)采集無線發(fā)射器通過其天線與中斷器有無線信號傳遞，中繼器與無線接收器通過彼此的天線有無線信號傳遞，無線接收器與控制中心通過數(shù)據(jù)接口有線信號傳遞；控制中內(nèi)采用PC機或PLC為分析、處理數(shù)據(jù)和控制的主機；無線接收器設(shè)置于井場的總控室內(nèi)，其與控制中心通過RJ接口或RS-485接口進行信號傳遞；控制中心包括能夠與遠端的局域網(wǎng)服務(wù)器通訊的數(shù)據(jù)接口。
文檔編號E21B17/18GK201372742SQ20092007967
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者聰 張, 果 鄧 申請人:成都宏天電傳工程有限公司