本实用新型涉及数据采集控制技术领域，尤其涉及一种油井仪表数据采集箱。
背景技术：
蒸汽驱注汽井数据采集箱是用于采集油井仪表数据和控制油井阀门的装置。
目前,数据采集控制箱与蒸汽驱注汽井仪表通讯大多采用有线方式连接，数据采集箱采集到的数据无法上传到作业区，需要工作人员长距离乘车到达现场了解注汽井实时数据。这样给石油勘探开发不仅带来了生产管理成本、安全成本，同时对现场生产进行综合分析指导带来了不便，既费时又费力。
由此可见，现有的蒸汽驱注汽井数据采集箱的数据通信效率较低。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型要解决的是现有的蒸汽驱注汽井数据采集箱的数据通信效率低的缺陷。
本实用新型提供一种油井仪表数据采集箱，包括：
箱体；
所述箱体内部的设有第一无线通信单元、第二无线通信单元、数据采集控制终端，其中
所述第一无线通信单元与蒸汽驱注汽井仪表无线连接，用于接收蒸汽驱注汽井仪表发送的仪表数据；
所述数据采集控制终端与所述第一无线通信单元连接，用于对所述仪表数据进行处理；
所述第二无线通信单元与所述数据采集控制终端连接，用于向上位机发送处理后的仪表数据。
优选地，所述箱体内还设有加热器。
优选地，还包括位于所述箱体上方的防雨罩。
优选地，还包括：
位于所述箱体上方的天线固定板，用于固定所述第一无线通信单元和所述第二无线通信单元的天线。
优选地，所述第一无线通信单元为Zigbee传输单元，所述第二无线通信单元为LoRa通讯单元。
优选地，所述数据采集控制终端还用于通过所述第一无线通信单元向蒸汽驱注汽井阀门发送控制信号。
优选地，所述箱体包括：
柜体；
柜门；
位于所述柜门上的两个圆锁；
位于所述柜体侧壁的遮耳，用于所述第一无线通信单元和所述第一无线通信单元的馈线的穿出。
优选地，还包括卡箍和支板，用于将所述箱体固定在外部柱状物上。
根据本实用新型提供的油井仪表数据采集箱，其通过第一无线通信单元与蒸汽驱注汽井仪表无线连接，通过无线方式接收其测量数据，通过数据采集控制终端对仪表数据进行处理，并通过第二无线通信单元向上位机发送处理后的仪表数据，实际应用时可以根据通信距离需求、功耗限制情况选用两种不同的无线通信单元实现仪表数据的远程采集，由此提高通信效率。
附图说明
图1是根据本实用新型一个实施例的数据采集控制箱的结构示意图；
图2是根据本实用新型一个实施例的箱体的安装示意图；
图3是根据本实用新型一个实施例的卡箍的示意图；
图4是根据本实用新型另一个实施例的数据采集控制箱的结构示意图；
图5是根据本实用新型一个实施例的圆锁的位置示意图；
图6是根据本实用新型一个实施例的箱体内部元器件的摆放位置示意图；
图7是根据本实用新型一个实施例的天线固定板的示意图；
图8是根据本实用新型一个实施例的数据采集系统的系统组成图；
图9是根据本实用新型一个实施例的数据采集系统的通讯链路示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1是根据本实用新型一个实施例的油井数据采集箱的结构示意图。如图1所示，该油井数据采集箱包括：
箱体01；
所述箱体01内部的设有第一无线通信单元02、第二无线通信单元03、数据采集控制终端04，其中第一无线通信单元02和第二无线通信单元03可以是不同类型的通信单元，例如WiFi通信单元、ZigBee通信单元、蓝牙通信单元等，尽管图中未示出，本领域技术人员应当理解，通信单元还连接有天线，天线通常设置在箱体01的外部。另外，油井数据采集箱还可以设有内置电源或者电源连接端口。
所述第一无线通信单元02与蒸汽驱注汽井仪表无线连接，用于接收蒸汽驱注汽井仪表发送的仪表数据；
所述数据采集控制终端04与所述第一无线通信单元02连接，用于对所述仪表数据进行处理；
所述第二无线通信单元03与所述数据采集控制终端04连接，用于向上位机发送处理后的仪表数据。
根据本实用新型提供的油井仪表数据采集箱，其通过第一无线通信单元与蒸汽驱注汽井仪表无线连接，通过无线方式接收其测量数据，通过数据采集控制终端对仪表数据进行处理，并通过第二无线通信单元向上位机发送处理后的仪表数据，实际应用时可以根据通信距离需求、功耗限制情况选用两种不同的无线通信单元实现仪表数据的远程采集，由此提高通信效率。
图4是根据本实用新型的另一个实施例的数据采集箱的结构示意图。如图4所示，本实用新型实施例的数据采集箱10，包括：箱体100、数据采集控制终端200、信号转换模块300、无线通讯模块400和电源模块500，其中，数据采集终端200包括无线Zigbee传输模块210和处理模块220。
其中，箱体100通过卡箍和支板固定在钢管上；位于箱体100内部的数据采集终端200，数据采集终端200包括：与蒸汽驱注汽井仪表建立无线通信连接的无线Zigbee传输模块210，其中，无线Zigbee传输模块210具有第一天线；与无线Zigbee传输模块210相连的采集蒸汽驱注汽井仪表的数据的处理模块220；与所述数据采集控制终端相连的用于采集和控制蒸汽驱注汽井各仪表的信号转换模块300；与数据采集控制终端200相连的将所述蒸汽驱注汽井各项仪表数据和蒸汽驱注汽井参数信息发送至上位机的无线LoRa通讯模块400，其中，无线通讯模块400具有第二天线；分别与数据采集控制终端200无线通讯模块400相连的电源模块500。
在本实用新型的实施例中，蒸汽驱注汽井原有有线仪表通过4-20mA信号与数据采集控制终端200相连。
在本实用新型的实施例中，蒸汽驱注汽井仪表为无线温度仪表、无线压力仪表等仪表，数据采集终端200通过无线Zigbee传输模块210实现与井场仪表的数据采集，通讯协议采用自定义协议。选用合适增益的第一天线，以保证在有效距离内信号稳定传输。
在本实用新型的一个实施例中，信号转换模块300与数据采集终端200通过RS485信号线相连。
具体地，由于数据采集终端200和信号转换300位于同一个箱体100内，可采用有线信号进行通讯，通讯协议采用MODBUS标准协议。
在本实用新型的实施例中，信号转换300通过4-20mA信号控制蒸汽驱注汽井电动阀开关。
在本实用新型的一个实施例中，第一天线为2.4GHz的无线Zigbee天线，第二天线为470MHz频段的无线LoRa天线。
具体地，如图2所示，箱体100通过卡箍3和支板4固定在钢管上，其中，卡箍的结构示意图如图3所示。相关技术中的箱体大多采用支架安装，安装繁琐，而本实用新型的箱体100采用卡箍3固定在钢管上，用料少、安装操作简单，很大的程度上能够提高箱体100的安装效率和可靠性。
更具体地，在本实用新型的一个具体实施例中，箱体100的尺寸为长550mm*高550mm*厚250mm，箱体100背部采用卡箍3固定在钢管上(箱体100内部备2个M10的螺母，通过在外面拧紧螺栓来紧固)，箱体100的底部通过支板4(包括底板和支杆，焊接在钢管上)支撑在钢管上；安装时先把箱体放置在支板4上，安装卡箍3并利用螺栓拧紧，安装完成，如图2所示。
进一步地，数据采集控制终端200、信号转换模块300、无线通讯模块400和电源模块500均位于箱体100的内部。其中，数据采集终端200为数据采集箱的核心部件，肩负着蒸汽驱注汽井仪表数据采集、数据处理、数据存储、系统控制以及数据上传的多种功能，数据采集控制终端200主要由处理模块220(包括嵌入式核心处理器、接口电路、电源管理电路、时钟系统等电路)和内置的无线Zigbee传输模块210组成。处理模块220完成数据的采集、处理、存储以及上传功能。无线Zigbee传输模块210完成处理模块220与蒸汽驱注汽井仪表之间的无线数据采集。
下面对用于数据采集控制箱与井场仪表之间通讯的Zigbee技术进行简单介绍。ZigBee在中国采用2.4G的ISM频段，是免申请和免使用费的频率，在2.4G的频段上具有16个信道，带宽为250K。Zigbee技术优势有以下几点：①低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月,甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析。③低速率。Zigbee工作在20～250kbps的较低速率,满足低速率传输数据的应用需求。④近距离。传输范围一般介于10～100m之间,在增加RF发射功率后,传输范围亦可增加到1～3km，这里的距离指的是相邻节点间的距离。Zigbee技术的以上优势适用于位于井口的数据采集箱与井场仪表间组成无线通讯网络。
另外，蒸汽驱注汽井阀门的控制需要通过数据采集控制终端200通过信号转换模块300来实现，信号转换模块300将数据采集控制终端200发出的指令将RS485信号转换为4-20mA信号，实现蒸汽驱注汽井阀门的控制。
进一步地，数据采集控制终终端200与无线通讯模块400间采用USB连接，无线通讯模块400配合相应的基站网关可将数据采集终端200的数据通过无线网络传输到位于作业区控制中心的上位机。那么，工作人员在作业区控制中心通过上位机就可以实时的看到蒸汽驱注汽井现场的数据并控制调节现场阀门，而无需长距离乘车到达现场去了解实时数据，从而给石油勘探开发降低了生产管理成本、安全成本，既省时又省费力。
另外，电源模块500用于给数据采集终端200和无线通讯模块400供电，由于数据采集控制箱采用220V交流电供电，而箱体100内部的一些电气元件采用24V供电，所以，电源模块500将220V交流电转换为24V直流电，从而为箱体100内的数据采集终端200和信号转换模块300供电。
本实用新型的数据采集控制箱，与蒸汽驱注汽井仪表之间采用无线Zigbee和有线混合通讯，与上位机之间采用无线网络(例如，4G网络、LoRa)通讯，除了箱体100的供电电源线以及电动阀、流量计信号采集线，与蒸汽驱注汽井仪表间通讯全部采用无线通讯，避免了现场施工布线，节约了成本，缩短了施工周期。
本实用新型实施例的数据采集控制箱，将箱体通过卡箍固定在钢管上，用料少、安装操作简单，很大的程度上能够提高箱体的安装效率和可靠性，该数据采集箱与蒸汽驱注汽井仪表间采用无线通讯方式，避免了现场施工布线，节约了成本，缩短了施工周期，另外，数据采集控制箱将采集到的数据通过无线通讯方式上传至上位机，通过上位机对开关阀进行远程控制，给工作人员带来了极大的便利，同时降低了生产管理成本，既省时又省力，从而大大提升了用户体验。
由于数据采集箱长时间工作于室外环境，再加上北方的冬天特别寒冷，夜间的气温一般在零下35度左右。大部分保温箱根本不具备保温性能，在寒冷的季节数据采集箱里的电器元件被冻住，时常出现故障，由于室外温度很低，很难进行维修，严重影响使用。
因此，数据采集箱还包括：与电源模块500相连的电加热器600，用于在环境温度小于预设温度时进行加热。其中，电加热器600也由电源模块500供电。
具体地，电加热器600为低温环境下的保护措施。由于数据采集箱冬天工作于寒冷的露天环境，因此本实用新型在箱体100内设计一只电加热器600，当温度低于电加热器600的设定的温度(即预设温度)时，该电加热器600自动启动，给箱体100的内部加温，使箱体100内部的电气设备能够在低温的工作环境下正常工作。例如，电加热器600的开启可通过温控开关实现，当温控开关感应到环境温度低于预设温度(例如，零下15度)时，温控开关闭合，电加热器600与电源模块500接通，电加热器600则开始进行加热，以保证箱体100内部的电器元件能够正常工作。
在本实用新型的一个实施例中，箱体100包括：柜体110；柜门120；位于柜门120上的两个圆锁130；位于柜体120侧壁的遮耳140，用于第一天线和第二天线的馈线的穿出。
具体地，相关技术中的箱体的门锁由于门锁关不紧会造成箱体渗水,造成线路短路和烧坏电气件，影响到箱体的使用寿命和可靠性。例如，箱体正面长550mm，高550mm，因此假如门用一个圆锁会导致门关不紧，雨水会通过缝隙深入箱体内部，因此为了解决这一问题，本实用新型在柜门120的中间采用两个圆锁130，密封紧密，不会导致柜门120与箱体100的接触处出现漏水、渗水的情况出现，圆锁130的安装示意图如图5所示，图5中的标号3即代表圆锁130，标号2表示遮耳140，标号1表示天线底座。
另外，数据采集控制箱内部的设备摆放位置图如图6所示，其中，数据采集控制箱与蒸汽驱注汽井仪表以及上位机间通讯均采用无线通讯，因此，数据采集控制终端200和无线通讯模块400需要通过天线(第一天线、第二天线)来传输和接收信号，并且天线长度不可超过1米；当天线从箱体100下部的电线出线孔出线时，长度超过1米，由于馈线长度越长则无线信号的衰减越厉害，所以此方案不可采用，在本实用新型的实施例中，在箱体100侧壁上焊接一个中空的遮耳140，并且在侧壁上开一个穿天线用的小孔，使天线馈线从遮耳140内部的出线孔穿出，即保证了信号的强度又做好了天线出线口的防雨、防尘保护。遮耳140在侧壁的位置应尽量靠近数据采集终端200和无线通讯模块400，尽量使天线长度最短，其中，例如，遮耳的大小为40mm*40mm*40mm，焊接牢固、紧密，注意防水，在遮耳140的下沿上可做倒角，以防止天线在晃动时遮耳140划伤天线保护层，造成漏电。
优选地，数据采集控制箱，还包括：位于柜体110上方的防雨罩700。即在数据采集箱的上部焊接防雨罩700，以用来防雨。
在本实用新型的一个实施例中，数据采集箱，还包括：位于防雨罩700上的天线固定板800，用于固定第一天线和第二天线。
具体地，相关技术中的箱体顶部没有设置天线的安装位置，天线底座通过磁铁与箱体固定，在大风或者较大振动的情况下容易出现天线移动、跌落的问题，因此，在本实用新型的实施例中，增加一个天线固定板800，用来将天线固定结实，避免出现上述的类似问题，保证了天线的可靠安装。更具体地，可以将天线固定板800安装在防雨罩700上，通过防水罩700上预先焊接的两个螺柱进行牢固拧紧，把两个天线固定在天线固定板800上，安装牢固，其中，天线固定板800如图7所示。
为了实现上述实施例，本实用新型还提出了一种数据采集控制系统。
图8是根据本实用新型一个实施例的数据采集系统的系统组成图。如图8所示，本实用新型实施例的数据采集系统，包括：数据采集箱10、井场仪表20、电动阀40和上位机30。
具体地，数据采集控制系统的通讯链路示意图如图9所示，其中，数据采集箱10与井场仪表20(例如，无线温度仪表、无线压力仪表)之间采用Zigbee无线通讯技术进行通讯，数据采集箱10与电动阀40之间采用4-20mA信号通讯，数据采集箱10与上位机30之间通过LoRa进行通讯，数据采集箱10将采集到的数据上传至上位机30，以供工作人员使用。
本实用新型实施例的数据采集控制系统，数据采集控制箱与井场仪表间采用无线通讯方式，避免了现场施工布线，节约了成本，缩短了施工周期，另外，数据采集箱将采集到的数据通过无线通讯方式上传至上位机，给工作人员带来了极大的便利，同时降低了生产管理成本，既省时又省力，从而大大提升了用户体验。