专利名称：一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及射频识别技术领域、网络通讯、软件开发、驱动技术、数据库开发、油气田自动化等多个技术领域，尤其涉及一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统。
背景技术：
在传统的单井自动化数据采集系统中，无论是有线变送器还是无线变送器都与RTUCRemote Terminal Unit)存在——对应的绑定关系，数据都汇集至RTU，在统一上传，若RTU损坏，即使与其绑定的变送器完好，数据也无法传送，最终降低了整个系统的可靠性。监控中心工业组态软件通过人工设定现场变送器类别、位置、量程等信息后完成数据显示，无论是有线变送器还是无线变送器，由于变送器的身份信息和RTU采集的数据信息是分离的，对现场变送器的身份、位置的标识只能通过在上位机组态软件上进行定义和标识，如果变送器损坏、校验、移动到其它单井上，都需要人工在上位机上进行重新设定，才能正常工作；在产能建设中，随着滚动开发，油井自动化不断在增加，传统工业组态不能随着单井自动化的增加而自动添加单井流程图、添加单井数据，在单井数量较大的情况下上位机维护工作量非常大。进入油田物联网时代，随着无线传感网、网络通讯、软件技术等的发展，无线变送器实现了非绑定关系的自组织网络，即无线变送器与RTU不存在一一对应关系，实现设备层自由组网。一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统解决了上述问题。通过变送器与RTU之间建立的自组织网络，实现设备层数据采集的“零”中断，通过智能组态时间上位机监控平台的“零”维护。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统，能更好地解决无线变送器在自组织网络中跳转后无法定位数据源的问题。根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供的一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统，包括:静态数据采集装置；动态数据采集装置；与所述静态数据采集装置连接的静态通讯装置；与所述动态数据采集装置连接的动态通讯装置；连接所述静态通讯装置和所述动态通讯装置的中央处理中心。优选地，所述静态数据采集装置包括:分别设置在油井和多个变送器上的多个射频电子标签RFID。优选地，所述静态数据采集装置还包括:智能识别设备IIE，用于对标识的油井和多个变送器的静态数据进行采集，并将采集的静态数据通过静态通讯装置发送至中央处理中心。优选地，所述IIE包括:射频读取单元，用于读取所述油井和多个变送器上的多个RFID。优选地，所述动态数据采集装置是远程终端设备RTU。优选地,所述RTU包括:用于采集多个变送器的动态数据的数据采集单元；用于将所述采集的动态数据通过动态通讯装置发送至中央处理中心的数据传输单元。优选地，所述RTU安装在油井上。与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于:本实用新型所述的系统通过前置通讯处理程序Exchange根据智能识别设备IIE(Intelligent IdentificationEquipment)获取静态身份信息数据，以及安装在油井上的远程终端设备RTU采集现场变送器的动态身份信息，利用公共包含特征的RFID (Radio Frequency Identification)编码信息与MAC(Media Access Control)信息高速对比,最终配合基于物联网技术的智能组态平台实现数据展示、自动增加(或修改)变量、显示画面，无需人工停机操作，以及一些数据高级应用功能。
以下结合附图对本实用新型的结构及原理进行详细说明。
图1是本实用新型一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统功能图；图2是本实用新型一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统架构图；图3是本实用新型一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统结构示意图；图4是本实用新型无线变送器与油井RTU自组网示意图；图5是本实用新型无线变送器与油井RTU握手协议示意图；图6是本实用新型智能识别设备IIE关联RFID与油井、变送器示意图；图7是本实用新型前置通讯处理程序ExChange架构图；图8、图9是本实用新型的数据比对算法原理图；图10是本实用新型智能组态架构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型将数据流分为静态身份信息数据流与动态实时采集数据流，通过比对算法，解决无线变送器在自组织网络中跳转后无法定位数据源的问题。图1显示了本实用新型的一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统功能图，包括:静态数据采集装置101 ;动态数据采集装置103 ;与所述静态数据采集装置101连接的静态通讯装置102 ;与所述动态数据采集装置103连接的动态通讯装置104 ;连接所述静态通讯装置102和所述动态通讯装置104的中央处理中心105。其中，所述静态数据采集装置101包括:分别设置在油井和多个变送器上的多个射频电子标签RFID ;智能识别设备HE，用于对标识的油井和多个变送器的静态数据进行采集，并将采集的静态数据通过静态通讯装置发送至中央处理中心。其中，所述IIE包括射频读取单元，用于读取所述油井和多个变送器上的多个RFID。所述动态数据采集装置103是远程终端设备RTU。其中，所述RTU包括:用于采集多个变送器的动态数据的数据采集单元；用于将所述采集的动态数据通过动态通讯装置发送至中央处理中心的数据传输单元。所述RTU安装在油井上。本实用新型由射频电子标签RFID和配置了射频读取单元的智能识别设备IIE为主构成电子标签射频识别系统。利用所述智能识别设备IIE实现油井静态身份信息关联、实现变送器静态身份信息关联、实现油井与变送器从属关系关联。图2显示了本实用新型的一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统架构图，包括:油井(I)、各类油井无线变送器(2 )、RFID射频电子标签(3)，配置了 RFID射频读取单元的智能识别设备IIE(4)、将油井静态身份信息、变送器静态身份信息、油井与变送器从属关系等信息以通讯协议(5 )、将静态数据发送至前置通讯处理程序Exchange (6 )、油井RTU
(7)，将采集的动态数据以通讯协议(8)、前置通讯处理程序Exchange (6)、基于物联网技术的智能组态平台(9)。智能识别设备IIE (4)该装置可读取RFID油井信息，编辑油井信息，将现场的油井识别信息通过网络直接发送至中心管理平台，在无网络或网络终端的情况下可将识别信息缓存，当网络连接建立可自动同步至中心管理平台。本实用新型通过智能识别设备IIE完成变送器固有属性与RFID的对应、变送器与单井从属关系的绑定，依托前置通讯处理程序的高速比对算法、智能组态平台构成智能油井作业物联网。本实用新型具体的步骤包括:1、在油井(I)上固定射频电子标签RFID (3)；2、在各类油井无线变送器(2)上固定射频电子标签RFID (3)；3、在油井(I)上安装RTU (7)，将采集的现场变送器通过自组织网络发送的动态数据以通讯协议(8)传送至前置通讯处理程序Exchange (6)；4、使用配置了 RFID射频读取单元的智能识别设备IIE(4)，将油井静态身份信息、变送器静态身份信息、油井与变送器从属关系等信息以通讯协议(5)将静态数据发送至前置通讯处理程序ExChange (6)；5、在监控中心服务器及工程师站安装前置通讯处理程序ExChange (6)；6、在监控中心服务器及工程师站安装基于物联网技术的智能组态平台(9)。如图1中所述的中央处理中心105包括所述前置通讯处理程序ExChange (6)和所述智能组态平台(9)。图3显示了本实用新型的一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统结构示意图，如图3所示，在油井、各类油井无线变送器上固定RFID射频电子标签，配置了 RFID射频读取单元的智能识别设备HE，将油井静态身份信息、变送器静态身份信息、油井与变送器从属关系等信息以通讯协议将静态数据发送至前置通讯处理程序Exchange;同时现场变送器通过自组织网络将数据发送至油井RTU，将采集的动态数据以通讯协议传送至前置通讯处理程序ExChange，最终配合基于物联网技术的智能组态平台实现数据展示、自动增力口 (或修改)变量、显示画面，无需人工停机操作，以及一些数据高级应用功能。图4显示了本实用新型无线变送器与油井RTU自组网示意图，如图4所述，各类油井无线变送器与RTU之间以层次化为中心的MESH网络，实现油井无线变送器与RTU最短多路径自由组网，自由互换。当RTU故障或网络环境不稳定时，无线变送器自动切换到运行状态正常、网络信号较好的RTU上，最终通过主干网络将数据传回监控中心。无线变送器与数据采集RTU之间实现灵活组网、可靠的无线通讯，变送器与数据采集RTU之间不存在任何对应关系，当RTU出现故障时，变送器无线信号可跳转至邻近工作状态正常网络稳定的RTU，完成数据采集及传输。解决了在油井自组织网络数据采集系统中，无线变送器节点自由组网实时采集数据与单井对应关系的问题。使得无线变送器节点在网络连接自由跳转或维修更换安装位置后，任能使上位机确定无线变送器采集实时数据与单井的对应关系。无线变送器与RTU之间的接入层网络采用了 TDD-OFDM双向中高速传输和国际标准IEEE802.15.4低功耗低速率传输两种体制相配合，并结合一系列先进的调制解调技术、信道编解码技术和信号检测技术，能够有效的克服环境复杂而造成信号传输不稳定的问题，具有支持多种速率传输、覆盖范围广、移动性好、稳定性和可靠性突出等显著优点，另外由于对IEEE802.15.4的应用层进行二次开发，组网响应迅速，具有良好的网络自愈能力，同时支持宽带/窄带数据流传输、长/短数据报文传输、高/低速感知信息传输等多业务模式。对油田物联网有极强的适应性。本实用新型通过变送器与RTU之间建立的自组织网络，实现设备层数据采集的“零”中断，通过智能组态时间上位机监控平台的“零”维护。图5显示了本实用新型无线变送器与油井RTU握手协议示意图，如图5所示，当油井无线变送器与RTU之间在有数据传输时，通过竞争信道方式或TDMA方式与RTU通信，并以DATA-ACK握手方式保证数据的传输，且支持双向数据传输(变送器将实时采集数据传送至RTU，同时上位组态可将设置数据通过RTU传送至休眠的变送器)，并支持数据暂存与重传。本实用新型无线变送器与油井RTU之间的握手协议，解决了 RTU与间歇性休眠无线变送器之间的双向数据传输。图6显示了本实用新型智能识别设备IIE关联RFID与油井、变送器示意图，如图6所示，通过对现场压力变送器、温度变送器、电参数变送器、液面、功图仪等油井变送器及单井上安装RFID射频电子标签设备，对现场变送器及单井进行身份标识，通过智能识别设备IIE完成变送器固有属性(类型、量程、硬件ID、校验日期、生产厂家等)与RFID的对应、变送器与单井从属关系的绑定。图7显示了本实用新型前置通讯处理程序ExChange架构图，如图7所述，前置通讯处理程序Exchange根据智能识别设备IIE获取的静态身份信息数据、油井RTU获取的实时动态数据，利用其公共包含的特征的RFID编码信息及MAC信息高速比对，生成油井变送器与油井的组织关系表、无线变送器采集的实时动态数据表。前置通讯处理程序Exchange、高速工业数据库、智能组态软件，解决传统组态现需要停机维护的问题。实现在现场增加(或更换)变送器时，上位机监控组态智能自动增加(或修改)变量、显示画面，无需人工停机操作，位机监控平台的“零”维护。图8、图9显示了本实用新型的数据比对算法原理图，所述数据包括静态数据和动态数据，其中所述静态数据包括:油井静态数据、变送器静态数据以及油井与多个变送器从属关系的静态数据。其中，所述油井静态数据包括:油井RFID和油井身份信息；变送器静态数据包括:变送器RFID和变送器身份信息。其中油井身份信息包括油井所属采油厂、区块、井号、油井的坐标、类型、层位、深度、粘度，泵参数，开采时间、自动化状况等；多个变送器身份信息包括变送器类型、量程、精度、生产厂家、安装时间、校验日期、维修记录等。所述动态数据包括:无线变送器实时采集的数据以及无线变送器的网络身份标识MAC0通过静态数据与动态数据对比，得到油井和变送器完整的数据流:油井RFID+无线变送器(RFID+MAC) +无线变送器采集的实时数据。智能识别设备IIE与前置通讯处理程序Exchange的通讯协议中数据帧结构为:RFID+MAC+静态属性信息；油井RTU与前置通讯处理程序Exchange的通讯协议中数据帧结构为:MAC+实时动态数据。图10显示了本实用新型智能组态架构图，如图10所示，本实用新型的基于物联网技术的智能组态平台根据油井、各类无线变送器的静态身份信息数据及动态数据，实现“零停机”、“零维护”的自动增加(或修改)变量、增加(或修改)显示画面功能。上位机软件在系统建成后，无论现场设备如何更换调整，都无需人工对后台工业组态软件调整，即可完成现场设备更换后的自适应。本实用新型采用层次化为中心的MESH网络，实现单井变送器与RTU最短多路径自由组网，自由互换；智能识别设备IIE配合RFID实现变送器身份智能识别与管理；基于高速数据库组智能监控组态软件，实现根据现场设备的变动而自动增减组态监控画面及数据；实现油田物联网的“全面感知、可靠传输、智能识别”。实现变送器智能调试与管理:利用无线传感网、RFID等物联网技术特性，将使监控中心看到的不仅是变送器的监测数据，同时能够在后台软件平台上看到变送器的属性信息。单井变送器及单井位置附加MAC网络身份标识及RFID射频电子标签。MAC网络身份标识完成数据通讯过程中数据帧的标识，RFID完成现场变送器与单井从属关系的标识。最终达到将变送器安装在任意一口单井上或者更换井位都无需像原有系统一样，要对现场变送器、RTU、监控中心组态软件都进行设置才能正常显示监测数据，基于“油井物联网智能识别管理系统”只需完成简单的RFID身份识别即可使变送器正常接入系统，无需繁琐的工作，提高新建调试与后期维护的效率。综上所述，本实用新型通过前置通讯处理程序Exchange根据智能识别设备IIE获取静态身份信息数据，以及安装在油井上的远程终端设备RTU采集现场变送器的动态身份信息，利用公共包含特征的RFID编码信息与MAC信息高速对比，最终配合基于物联网技术的智能组态平台实现数据展示、自动增加(或修改)变量、显示画面，无需人工停机操作，以及一些数据高级应用功能。尽管上文对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统，其特征在于，包括: 静态数据采集装置； 动态数据采集装置； 与所述静态数据采集装置连接的静态通讯装置； 与所述动态数据采集装置连接的动态通讯装置； 连接所述静态通讯装置和所述动态通讯装置的中央处理中心。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述静态数据采集装置包括: 分别设置在油井和多个变送器上的多个射频电子标签RFID。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述静态数据采集装置还包括: 智能识别设备HE，用于对标识的油井和多个变送器的静态数据进行采集，并将采集的静态数据通过静态通讯装置发送至中央处理中心。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述IIE包括: 射频读取单元，用于读取所述油井和多个变送器上的多个RFID。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态数据采集装置是远程终端设备RTU。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述RTU包括: 用于采集多个变送器的动态数据的数据采集单元； 用于将所述采集的动态数据通过动态通讯装置发送至中央处理中心的数据传输单元。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述RTU安装在油井上。
专利摘要本实用新型公开了一种基于物联网技术的油井智能识别采集系统，包括静态数据采集装置；动态数据采集装置；与所述静态数据采集装置连接的静态通讯装置；与所述动态数据采集装置连接的动态通讯装置；连接所述静态通讯装置和所述动态通讯装置的中央处理中心。本实用新型通过前置通讯处理程序根据智能识别设备IIE获取静态身份信息数据，以及安装在油井上的远程终端设备RTU采集无线变送器的动态身份信息，利用公共包含特征的RFID编码信息与MAC信息高速对比，最终配合基于物联网技术的智能组态平台实现数据展示、自动增加或修改变量、显示画面，无需人工停机操作，以及一些数据高级应用功能。
文档编号H04W84/18GK202995766SQ201220703419
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者孙长江, 魏新春, 谢欣岳, 袁文祥, 彭严 申请人:新疆金牛能源科技有限责任公司