专利名称：一种抽油机远程信息传输与控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及远程信息传输与控制领域，特别涉及一种用于油田抽油机的远程信息传输与控制领域。
背景技术：
抽油机时常会出现各种故障，当油井地下供液能力小于排出量时，就会造成液击和抽空现象。液击在抽油杆上产生高应力会导致抽油杆脱落、断裂，使油井停产；抽动空时，尽管抽油机工作，但没有液量输出，抽油机空耗能量；另外当抽油机传动链中传动带或键销脱落时，电动机仍在转动，抽油机同样没液量输出，同样产生空耗，等等。由于抽油机的运行情况关系到生产任务的正常进行，所以需要尽可能早发现故障并及时排除，保证正常的生产。人工不断的巡检或者专门派驻人员监视都不是很方便，即使能够派专人检查也有其缺点1.不能及时地对故障的抽油机检查；2.人力成本过高；3.精度也不高。申请号为200510066430.4的专利，提出基于GPRS网络的远程无线监控系统，能够实现对油田的运营监测，但石油行业的作业地点往往地域面积较广，并且是生活环境较为不方便的地方，不能克服某些地方无网络覆盖，或信号不稳定的情况。另外如专业建立发射基站，成本过高。此外对野外的抽油机仅仅进行远程信息传输也是不够的，如专利号97100222的专利文件中记载的技术方案，该技术方案只能实现远程信息传输，但不能实现远程控制。在检测到故障及其它情况下必须实现对抽油机的远程控制，做一些必要的应急处理，才能真正提高工作效率并有确保安全。
发明内容本发明的目的在于提供一种能够实现远程抽油机运行信息传输、抽油机远程控制、报告抽油机故障、实现无人巡查及操作，提高油井产量、降低事故率的基于公共电话网络的一种抽油机远程信息传输与控制装置及方法。
本发明的组成为本发明的产品的技术方案是它包括安装在现场抽油机上的抽油机信息采集及控制终端1，进行远距离抽油机运行数据接收、控制指令发送的远程监控装置2和基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线监控装置3三大部分，所述的抽油机信息采集及控制终端1通过DTMF信号形式的公共电话网与远程监控装置2和基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置3相连；本发明的控制方法为该方法包括远程信息传输模式和远程抽油机控制模式，监控中心电脑(11)、远程监控软件及抽油机信息采集及控制终端(1)启动并运行后进入命令等待状态，当远程现场出现异常情况，在抽油机信息采集及控制终端(1)检测出故障下，系统进入远程信息传输模式工作；当监控中心发出控制指令时，则系统进入远程抽油机控制模式工作；所述的远程信息传输模式工作的控制方法分三步1.1、各类传感器(6)检测抽油机的运行状态及其周围环境情况并将采集数据和信息传给主处理器(5)；1.2、主处理器(5)对输入数据和信息进行处理及控制；1.3、经过抽油机信息采集及控制终端(1)处理后的数据通过公共电话网传输给远程监控装置(2)；所述的远程抽油机控制模式工作的控制方法分四步2.1、远程监控装置(2)发送连接密码及连接命令给抽油机信息采集及控制终端(1)；2.2、抽油机信息采集及控制终端(1)与远程监控装置(2)建立连接；2.3、监控中心电脑(11)通过微机接口把连接密码及连接命令传送至抽油机信息采集及控制终端(1)控制命令发送；2.4、抽油机信息采集及控制终端(1)接收到控制命令后，由主处理器(5)实现远程控制。
本发明还有这样一些技术特征1、所述的抽油机信息采集及控制终端1包括主处理器5、传感器6、执行机构7、电话接入接出控制电路8和语音存储报警模块9，所述的传感器6、执行机构7、电话接入接出控制电路8和语音存储报警模块9分别与主处理器5相连；2、所述的远程监控装置2包括DTMF编解码设备4和监控中心电脑11；所述的DTMF编解码设备4由主处理器10、电话接入接出控制电路12和监控中心通讯接口13组成，所述电话接入接出控制电路12一端与电话网相联，另一端与主处理器10相接；所述的监控中心通讯接口13一端与监控中心电脑11相联，另一端与主处理器10相接，所述监控中心电脑11预装有远程监控软件及相应数据库管理软件；3、所述的基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置3为各类可拨打相应抽油机信息采集及控制终端1号码的通讯终端，包括固定电话、小灵通或手机；本发明抽油机远程信息传输与控制装置中，抽油机信息采集及控制装置用于实时采集抽油机运行信息及周围环境信息，同时将数据送至主处理器进行处理，数据打包后通过电话网络发送到监控中心，另外抽油机信息采集及控制装置接收并判断来自电话网络的信号，并将其解码，转换为对抽油机的控制命令；基于双音多频(DTMF)编解码装置实现远距离抽油机运行数据及周围环境信息数据的接收，通过电脑接口输入监控中心电脑，另外把来监控中心电脑发出的控制指令发送至电话网络；监控软件安装于监控中心电脑，实时接收现场抽油机运行数据及周围环境信息数据，并作处理分析及存储，同时可发送控制命令。
抽油机远程信息传输与控制方法中，通过电话网络，启动远程信息传输与控制装置，并有两种工作模式(1)远程信息传输模式下，该装置实时采集抽油机运行状态数据及周围环境信息数据，此数据经过处理后又每隔一定时间段通过电话网络传输至远程监控中心，再经监控中心可对抽油机运行数据再分析处理，及保存；在该装置检测及分析出抽油机故障或事故情况下，立即启动远程报警功能，把故障数据送至监控中心或通过电话、手机通知不在监控中心工作人员及时采取措施；(2)远程抽油机控制模式下，远程监控中心发出控制指令，通过电话网络发送到抽油机信息采集及控制终端，在通过密码验证后，接收控制信号及处理后控制执行机构完成来自远程监控中心指令。
本发明的有益效果有通过本发明的装置可实时远程自动对抽油机运行状态数据及周围环境信息数据采集并处理，并通过公共电话网络传输至监控中心，无须工作人员现场巡视，从而节约大量的人力、物力，大大提高生产效率。抽油机的运行方式的变化由监控中心进行分析，能够对普通电机和节能电机进行控制和故障检测，有效的避免由于电机故障停产造成的巨大损失。对意外的抽油机故障，如偷盗破坏抽油机等事故可及时报警到监控中心，也可通过电话网络以电话语音形式报告到相关工作人员，使不在监控中心也能及时采取应急措施。同时监控中心工作人员通过监控电脑或在异地通过手机，固定电话根据传输的数据执行对抽油的远程控制，如开关机等。
图1为本发明的抽油机远程信息传输与控制装置示意图；图2为本发明的抽油机信息采集及控制终端结构示意图；图3为本发明的双音频编解码设备结构示意图；图4为本发明的抽油机信息采集及控制终端的主控制流程图；图5为本发明的抽油机信息采集及控制终端的远程控制中断程序流程图；图6为本发明的监控中心电脑监控软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明结合图1，本发明抽油机远程信息传输与控制装置包括现场抽油机上安装的抽油机信息采集及控制终端1，实现远距离抽油机运行数据及周围环境信息数据接收、控制指令发送的远程监控装置2和基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置3三大部分组成。所述的抽油机信息采集及控制终端1通过DTMF信号形式的公共电话网与远程监控装置2和基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置3相连。所述的抽油机信息采集及控制终端1可以有多个，每一个终端设备对应一台抽油机，多个终端设备通过电话网络与监控中心相连，形成监控网络。为防止线路故障，或占线问题，每10～20个抽油机信息采集及控制终端1对应一或多个监控中心3，每个抽油机信息采集及控制终端1可设置与多个监控中心3相连。
所述的抽油机信息采集及控制终端1的设计考虑了小型化和低成本的特点，其组成包括主处理器5，各类传感器6，执行机构7，电话接入接出控制电路8，语音存储报警模块9。所述的各类传感器6可包括流量计，电流计，转速传感器，压力传感器，红外传感器，监听传感器等检测抽油机是否安全正常工作及其周围环境的传感器；所述的电流计安装于抽油机拖动电机配电箱中用于检测电机工作电流，所述流量计及压力传感器安装在输油管道中，用于检测抽油机出油状况，所述转速传感器用于抽油机转动速度，可判断抽油机工作状态，所述红外传感器可以检测人体热红外信息以确定是否有人在抽油机附近活动，所述监听传感器可以将现场声音采集并实时传回监控中心，监控中心工作人员可根据现场声音判断现场情况所述的。所述的语音存储报警模块9包括一大容量语音记录芯片，如ISD4004，及其控制电路。所述的执行机构7可包括电机电源开关，电机电压调解器，报警喇叭等。所述的电话接入接出控制电路8双音频解码芯片，如MT8880，及其外围电路。所述的各类传感器6、执行机构7、电话接入接出控制电路8和语音存储报警模块9分别与主处理器5相连，并受主处理器5控制。
所述的远程监控装置2包括双音多频(DTMF)编解码设备4和监控中心电脑11。所述的双音多频(DTMF)编解码设备4由主处理器10、电话接入接出控制电路12和监控中心通讯接口13组成。所述电话接入接出控制电路12一端与电话网相联，另一端与主处理器10相接，完成DTMF信号到数字信号转换；所述的监控中心通讯接口13一端与监控中心电脑11相联，另一端与主处理器10相接，实现接收来自抽油机现场运行数据，同时发出来自监控中心电脑11远程控制指令。所述监控中心电脑11预装有远程监控软件及相应数据库管理软件。
所述的基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置3为各类可拨打相应抽油机信息采集及控制终端1号码的通讯终端，包括固定电话、小灵通及手机。
其次，一种抽油机远程信息传输与控制方法，该方法分为两种模式(1)模式1远程信息传输模式；(2)模式2远程抽油机控制模式。
当监控中心电脑11远程监控软件及抽油机信息采集及控制终端1启动并运行后进入命令等待状态，根据两种运行模式，系统主要分成两个程序运行分支。当远程现场出现异常情况，在抽油机信息采集及控制终端1检测出故障下，系统进入模式1工作；当监控中心发出控制指令时，则系统进入模式2工作。
下面结合图4、图5、图6分别作详细论述模式1远程信息传输模式下主要分为三个步骤(1)由各类传感器6检测抽油机的运行状态及其周围环境信息并传给主处理器5；抽油机信息采集及控制终端1装置初始化后，程序开始，实时实钟开始计时，由于抽油机装置运行相对稳定，可设定每15秒钟对抽油机各运行状态量采集一次。采集结束存入抽油机信息采集及控制终端1存储器中；等待下一个15秒的到来，循环采集；(2)由主处理器5完成信息的处理及控制；主处理器5定时读取各类传感器6采集的数据，对抽油机运行状态进行故障分析。如有故障发生，则控制执行机构7采取相应的停机或其它应急处理，同时控制电话接入接出控制电路8，通过公共电话网输出故障信息；如无故障情况下，为节省电话网数据传输成本，可设置装置每60分钟往远程监控装置2传输一次抽油机运行信息。
(3)经过抽油机信息采集及控制终端1处理后的数据通过公共电话网传输给远程监控装置2；来自抽油机信息采集及控制终端1信息经电话网络传输至双音多频编解码设备(DTMF)4，电话接入接出控制电路把转换信号，由主处理器10处理，再经监控中心通讯接口13发送到监控中心电脑11。
监控中心电脑11中预装有远程监控软件及相应数据库管理软件，该软件启动后监听通讯接口13，如用信号到达则读入数据，并对该数据处理分析，按照步骤2中的两种不同情况分成二个工作分支a.如果是每60分钟定时通过双音多频编解码设备(DTMF)4接收的来自抽油机运行数据，则将数据显示后存入数据库；b.如果监听到来自网络的抽油机工作异常信号，软件做出报警并把数据存入数据库，使工作人员及时采取应急措施，可进入工作模式2进行操作。也可以在抽油机信息采集及控制终端1设置某些故障情况下直接拨打不在监控中心工作人员的电话或手机，语音存储报警模块9的控制电路查找对应故障类型对应的语音段，并播放该段语音，将故障以语音形式报告工作人员。
模式2远程抽油机控制模式主要分为四个步骤(1)发送连接密码及连接命令远程监控装置2在监控中心电脑11所安监控软件中进入工作模式2，首先工作人员必须输入远程控制操作密码，可防止无关人员的误操作或非法操作。在确认操作密码后，监控软件通过微机接口把连接密码及连接命令传送到双音多频编解码设备4，再由电话网络传送至抽油机信息采集及控制终端1。
(2)建立连接抽油机信息采集及控制终端1在接收到连接请求后，程序进入远程控制中断。程序读取连接密码，验证操作密码是否有效，如无效则中断连接回到主程序，进一步防止非法远程登陆操作；如有效则发送验证通过信号至远程监控装置2，监控中心电脑11确认连接有效建立。
(3)控制命令发送监控中心电脑11确认连接建立后，操作人员可根据不同工作还需要发出具体的远程操作命令，如开关电机，查寻抽油机工作状态等，该命令微机接口把连接密码及连接命令传送到双音多频编解码设备4，再由电话网络传送至抽油机信息采集及控制终端1。
(4)远程控制实现抽油机信息采集及控制终端1接收到控制命令后，由主处理器5分析指令，然后控制执行机构7完成具体的操作。完成操作后延时10秒后，使抽油机工作稳定后检测抽油机运行数据，通过电话网络再传回监控中心电脑11保存远程操作数据库中并显示，操作人员确认操作后抽油机运行状况，以确保操作正确性以及为下一步操作提供依据。数据传送完成后抽油机信息采集及控制终端1退出中断控制程序，回到主程序运行。
此外，工作模式2也可用基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置3完成，基本方法与上面论述相似。以电话为例，不在监控中心的工作人员可拨打抽油机信息采集及控制终端1电话，在语音存储报警模块9提示下输入验证密码，通过验证后则可以电话按键组合发出不同的控制指令。
权利要求
1.一种抽油机远程信息传输与控制装置，其特征在于它包括安装在现场抽油机上的抽油机信息采集及控制终端(1)，进行远距离抽油机运行数据接收、控制指令发送的远程监控装置(2)和基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线监控装置(3)三大部分，所述的抽油机信息采集及控制终端(1)通过DTMF信号形式的公共电话网与远程监控装置(2)和基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置(3)相连。
2.根据权利要求1所述的抽油机远程信息传输与控制装置，其特征在于，所述的抽油机信息采集及控制终端(1)包括主处理器(5)、传感器(6)、执行机构(7)、电话接入接出控制电路(8)和语音存储报警模块(9)，所述的传感器(6)、执行机构(7)、电话接入接出控制电路(8)和语音存储报警模块(9)分别与主处理器(5)相连。
3.根据权利要求1所述的抽油机远程信息传输与控制装置，其特征在于，所述的远程监控装置(2)包括DTMF编解码设备(4)和监控中心电脑(11)；所述的DTMF编解码设备(4)由主处理器(10)、电话接入接出控制电路(12)和监控中心通讯接口(13)组成，所述电话接入接出控制电路(12)一端与电话网相联，另一端与主处理器(10)相接；所述的监控中心通讯接口(13)一端与监控中心电脑(11)相联，另一端与主处理器(10)相接。
4.根据权利要求1所述的抽油机远程信息传输与控制装置，其特征在于，所述的基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置(3)为各类可拨打相应抽油机信息采集及控制终端(1)号码的通讯终端，包括固定电话、小灵通或手机。
5.一种抽油机远程信息传输与控制方法，其特征在于，该方法包括远程信息传输模式和远程抽油机控制模式，监控中心电脑(11)、远程监控软件及抽油机信息采集及控制终端(1)启动并运行后进入命令等待状态，当远程现场出现异常情况，在抽油机信息采集及控制终端(1)检测出故障下，系统进入远程信息传输模式工作；当监控中心发出控制指令时，则系统进入远程抽油机控制模式工作；所述的远程信息传输模式工作的控制方法分三步1.1、各类传感器(6)检测抽油机的运行状态及其周围环境情况并将采集数据和信息传给主处理器(5)；1.2、主处理器(5)对输入数据和信息进行处理及控制；1.3、经过抽油机信息采集及控制终端(1)处理后的数据通过公共电话网传输给远程监控装置(2)；所述的远程抽油机控制模式工作的控制方法分四步2.1、远程监控装置(2)发送连接密码及连接命令给抽油机信息采集及控制终端(1)；2.2、抽油机信息采集及控制终端(1)与远程监控装置(2)建立连接；2.3、监控中心电脑(11)通过微机接口把连接密码及连接命令传送至抽油机信息采集及控制终端(1)控制命令发送；2.4、抽油机信息采集及控制终端(1)接收到控制命令后，由主处理器(5)实现远程控制。
6.根据权利要求5所述的一种抽油机远程信息传输与控制方法，其特征在于，远程信息传输模式下的三个步骤具体操作为1.1、抽油机信息采集及控制终端1装置初始化，程序开始，实时实钟开始计时，设定每5-15秒钟对抽油机各运行状态量采集一次；采集结束存入抽油机信息采集及控制终端1存储器中；等待下一个采集时刻的到来，循环采集；1.2、主处理器(5)定时读取各类传感器(6)采集的数据，对抽油机运行状态进行故障分析；如有故障发生，则控制执行机构7采取相应的停机或其它应急处理，同时控制电话接入接出控制电路(8)，通过公共电话网输出故障信息；如无故障情况下，设置装置每30-90分钟往远程监控装置(2)传输一次抽油机运行信息；1.3、抽油机信息采集及控制终端(1)输出的信号经电话网络传输至双音多频编解码设备(4)，电话接入接出控制电路对信号进行转换并将信号传给主处理器(10)处理，再经监控中心通讯接口(13)发送到监控中心电脑(11)；监控中心电脑(11)中预装有远程监控软件及相应数据库管理软件，该软件启动后监听通讯接口(13)，接收到信号则读入数据，并对数据进行处理分析，如果是定时通过双音多频编解码设备(4)接收的来自抽油机运行数据，则将数据显示后存入数据库；如果监听到来自网络的抽油机工作异常信号，软件做出报警并把数据存入数据库。
7.根据权利要求5所述的一种抽油机远程信息传输与控制方法，其特征在于，远程抽油机控制模式的四个步骤具体操作为2.1、远程监控装置(2)在监控中心电脑(11)控制下中进入远程抽油机控制模式，监控软件通过微机接口将输入的连接密码及连接命令传送到双音多频编解码设备(4)，再由电话网络传送至抽油机信息采集及控制终端(1)；2.2、抽油机信息采集及控制终端(1)在接收到连接请求后，程序进入远程控制中断；程序读取连接密码，验证操作密码是否有效，如无效则中断连接回到主程序；如有效则发送验证通过信号至远程监控装置(2)，监控中心电脑(11)确认连接有效建立；2.3、监控中心电脑(11)确认连接建立后，通过微机接口把连接密码及连接命令传送到双音多频编解码设备(4)，再由电话网络传送至抽油机信息采集及控制终端(1)；2.4、抽油机信息采集及控制终端(1)接收到控制命令后，由主处理器(5)分析指令，然后控制执行机构(7)完成具体的操作；完成操作后延时5-20秒，检测抽油机运行数据，通过电话网络再传回监控中心电脑(11)保存远程操作数据库中并显示，数据传送完成后抽油机信息采集及控制终端(1)退出中断控制程序，回到主程序运行。
全文摘要
本发明提供了一种抽油机远程信息传输与控制装置及方法，它包括安装在现场抽油机上的抽油机信息采集及控制终端1，进行远距离抽油机运行数据接收、控制指令发送的远程监控装置2和基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线监控装置3三大部分，所述的抽油机信息采集及控制终端1通过DTMF信号形式的公共电话网与远程监控装置2和基于固定电话、小灵通及手机的脱离监控中心的在线辅助监控装置3相连。本发明能够实现远程抽油机运行信息传输、抽油机远程控制、报告抽油机故障、实现无人巡查及操作，提高油井产量、降低事故率的基于公共电话网络的一种抽油机远程信息传输与控制装置及方法。
文档编号E21B44/00GK101026661SQ200710071949
公开日2007年8月29日 申请日期2007年3月28日 优先权日2007年3月28日
发明者凌云峰, 李庆, 张智, 吕广强, 覃扬, 叶本刚 申请人:哈尔滨工程大学