一种用于油气井的多节点远程监控管理系统及方法与流程

本发明涉及用于油气井的监控系统和监控方法，尤其涉及一种用于油井、天然气井的多节点远程监控管理系统及方法。

背景技术：

天然气是一种绿色环保、经济实惠、安全可靠的优质能源，能够带给人类高品质的生活。因此，天然气在世界各国得到广泛使用。在天然气的生产过程中，需要及时准确地了解天然气井的生产变化情况，对生产变化情况进行统计和分析，从而合理地管控和协调生产过程，以及及时调整各项生产开发指标。天然气井的气压、温度和流量是天然气生产变化情况的重要参数，对气压、温度和流量的统计是每天每个工人必做的工作，在天然气生产中占有特殊的地位。天然气井或者油井大多地处人迹罕至的荒漠野外，其气压、温度和流量的采集一直是困扰天然气安全生产的难题。以往这些数据的采集是以人工巡检为主，不仅耗费大量的人力、物力和时间，并且存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种用于油气井的多节点远程监控管理系统及方法，进而实现数据的自动监控，节省人力、时间、成本，以及降低安全隐患。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种用于油气井的多节点远程监控管理系统，其包括有：至少一个客户端，所述客户端用于生成控制指令并上传至服务器；多个监控节点，分设于多个油气井的井口处，所述监控节点用于进行数据采集，且每一监控节点对应设有一ID；一底层通讯服务接口，用于与所述监控节点建立远程无线连接；一服务器，用于将所述控制指令通过底层通讯服务接口而发送至指定ID的监控节点，以及通过底层通讯服务接口远程接收由监控节点采集的数据，以供客户端查询。

优选地，所述监控节点包括有主控模块，所述主控模块电连接有：一3G模块，用于与底层通讯服务接口建立远程无线连接；一摄像头模块，用于拍摄照片数据；一传感器模块，用于采集数据；一电源模块，用于对监控节点供电；一红外检测模块，用于检测目标区域内的人体红外信号并上传至主控模块；一音频播报模块，用于播放语音信号。

优选地，所述音频播报模块播放的语音信号包括由监控节点内置的本地音频信号以及由客户端发出的远程音频信号，所述监控节点还包括有用于将本地音频信号和远程音频信号合成为一路信号的音频叠加模块。

优选地，所述传感器模块包括有压力表、流量计和截断阀，所述传感器模块通过串口方式连接于主控模块。

优选地，所述监控节点包括有多路隔离器，多路隔离器分别设于压力表、流量计和截断阀的输出线路上。

优选地，所述电源模块包括有太阳能电池及一恒压电路，所述恒压电路包括有第一MOS管、第二MOS管、稳压管、NPN管和迟滞比较器，所述第一MOS管和第二MOS管均为N沟道MOS管，所述第一MOS管的漏极作为恒压电路的输入端而连接于太阳能电池，所述第一MOS管的漏极与栅极之间连接有第一旁路电阻，所述第一MOS管的栅极还连接于稳压管的阴极，所述稳压管的阳极接地，所述第一MOS管的源极通过依次串联的第一分压电阻和第二分压电阻接地，所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接点电压作为基准电压而加载于迟滞比较器的同相端，所述第一MOS管的栅极通过依次串联的第三分压电阻、第四分压电阻和第五分压电阻接地，所述第三分压电阻和第四分压电阻的连接点与迟滞比较器的同相端相连接，以令所述第一MOS管栅极的电压经过分压后传输至迟滞比较器的反相端，所述恒压电路还包括有第三MOS管，所述第三MOS管为P沟道MOS管，所述第三MOS管的漏极连接于第四分压电阻和第五分压电阻之间，所述第三MOS管的源极接地，所述第三MOS管的栅极连接于迟滞比较器的输出端，所述迟滞比较器的输出端电压传输至NPN管的基极，所述NPN管的发射极接地，其集电极连接于第二MOS管的栅极，所述第二MOS管的漏极与栅极之间连接有第二旁路电阻，所述第二MOS管的漏极与第一MOS管的源极相连接，所述第二MOS管的源极作为恒压电路的输出端而为监控节点供电。

优选地，所述第一MOS管的源极与NPN管的基极之间连接有依次串联的第一限流电阻和第二限流电阻，所述迟滞比较器的输出端和第三MOS管的栅极均与第一限流电阻和第二限流电阻的连接点相连接。

一种用于油气井的多节点远程监控管理方法，该方法基于一系统实现，所述系统包括有至少一个客户端、分设于多个油气井井口处的多个监控节点、一底层通讯服务接口及一服务器，每一监控节点对应设有一ID，所述方法包括如下步骤：步骤S1，系统初始化，所述监控节点通过底层通讯服务接口与服务器建立远程无线连接；步骤S2，所述客户端生成控制指令并上传至服务器；步骤S3，所述服务器将所述控制指令通过底层通讯服务接口而发送至指定ID的监控节点；步骤S4，所述监控节点进行数据采集，并将所采集的数据通过底层通讯服务接口而上传至服务器，以供客户端查询。

优选地，所述步骤S1中，所述监控节点与服务器建立连接时，若连接成功，则注册该监控节点，并对监控节点进行鉴权，鉴权成功后，由服务器向监控节点发送命令。

优选地，所述服务器向监控节点发送的命令包括设置命令、语音播报命令和拍摄命令，所述监控节点根据命令所执行的操作包括：执行设置命令，并接受参数设置；执行拍摄命令，并利用摄像头模块拍摄照片数据；执行语音播报命令，并利用音频播报模块播放语音信号。

优选地，所述步骤S1中，所述监控节点与服务器建立连接时，若连接不成功，则执行如下步骤：步骤S10，服务器延时预设时间后，向监控节点发送心跳帧，若若监控节点响应心跳帧，则执行步骤S11，若监控节点未响应心跳帧，则重复执行该步骤S10；步骤S11，所述服务器的计数器加1，当所述计数器累加为5时，表示监控节点与服务器成功建立连接。

优选地，所述步骤S10中，服务器延时的时间为10分钟。

优选地，所述步骤S4中，所述监控节点采集的数据包括有压力表数据、流量计数据和截断阀数据，所述压力表数据、流量计数据和截断阀数据打包后通过第一串口传输至主控模块，再基于3G模块上传至服务器。

优选地，所述主控模块每隔8秒读取一次压力表数据、流量计数据和截断阀数据。

优选地，所述步骤S4中，所述监控节点采集的数据包括由摄像头模块摄取的照片数据，所述摄像头模块根据拍摄命令而拍摄照片，并通过读取照片参数而判断是否拍摄成功，若拍摄成功，则将照片数据打包后通过第二串口传输至主控模块，再基于3G模块上传至服务器。

优选地，所述监控节点还执行误闯监控步骤：当所述红外检测模块检测到目标区域内有人体红外信号时，所述主控模块控制摄像头模块拍摄照片数据、控制音频播报模块播放语音报警信号。

本发明公开的多节点远程监控管理系统及方法中，监控节点与服务器建立远程无线连接，客户端生成的控制指令上传至服务器，由服务器将控制指令发送至指定ID的监控节点，由监控节点对油气井的井口处进行数据采集，并将所采集的数据上传至服务器，以供客户端查询。基于上述系统，本发明可以自动对油气井井口处的数据进行采集，无需人工巡检，只需在客户端出即能完成数据查询和指令下达，大大减少了人力、物力和时间，不仅降低了巡检成本，而且减少了安全隐患。

附图说明

图1为本发明系统的组成框图。

图2为本发明系统的框架结构示意图。

图3为监控节点的组成框图。

图4为恒压电路的电路原理图。

图5为本发明方法的流程图。

图6为本发明优选实施例中的主程序流程图。

图7为本发明优选实施例中的传感器数据采集过程流程图。

图8为本发明优选实施例中的图像采集过程流程图。

图9为本发明优选实施例中的实时监控过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种用于油气井的多节点远程监控管理系统，结合图1和图2所示，其包括有至少一个客户端2、多个监控节点1、一底层通讯服务接口3及一服务器4，其中：

所述客户端2用于生成控制指令并上传至服务器4；

所述监控节点1分设于多个油气井的井口处，所述监控节点1用于进行数据采集，且每一监控节点1对应设有一ID；

所述底层通讯服务接口3用于与所述监控节点1建立远程无线连接；

所述服务器4用于将所述控制指令通过底层通讯服务接口3而发送至指定ID的监控节点1，以及通过底层通讯服务接口3远程接收由监控节点1采集的数据，以供客户端2查询。

上述多节点远程监控管理系统中，监控节点1与服务器4建立远程无线连接，客户端2生成的控制指令上传至服务器4，由服务器4将控制指令发送至指定ID的监控节点1，由监控节点1对油气井的井口处进行数据采集，并将所采集的数据上传至服务器4，以供客户端2查询。基于上述系统，本发明可以自动对油气井井口处的数据进行采集，无需人工巡检，只需在客户端2出即能完成数据查询和指令下达，大大减少了人力、物力和时间，不仅降低了巡检成本，而且减少了安全隐患。

关于监控节点的具体组成，请参照图1和图3，所述监控节点1包括有主控模块10，所述主控模块10电连接有：

一3G模块11，用于与底层通讯服务接口3建立远程无线连接；

一摄像头模块12，用于拍摄照片数据；

一传感器模块13，用于采集数据；

一电源模块14，用于对监控节点1供电；

一红外检测模块15，用于检测目标区域内的人体红外信号并上传至主控模块10；

一音频播报模块16，用于播放语音信号。

本实施例中所述音频播报模块16播放的语音信号包括由监控节点1内置的本地音频信号以及由客户端2发出的远程音频信号，所述监控节点1还包括有用于将本地音频信号和远程音频信号合成为一路信号的音频叠加模块。其中，本地音频信号和远程音频信号若采用两个运放播放，将会产生比较大的干扰，为解决这一问题，本发明将两路音频信号通过信号放大器max660转换后输送至音频叠加模块进行信号合成，该信号放大器max660在声音信号到达功放时采取信号放大的方式将声音信号进行放大，其不仅能获得稳定的音频信号，而且能够节省成本。

作为一种优选方式，所述传感器模块13包括有压力表、流量计和截断阀，所述传感器模块13通过串口方式连接于主控模块10。该串口可以是485串行总线。所述监控节点1包括有多路隔离器，多路隔离器分别设于压力表、流量计和截断阀的输出线路上。

关于电源部分，结合图1、图3和图4所示，所述电源模块14包括有太阳能电池及一恒压电路，所述恒压电路包括有第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、稳压管D1、NPN管Q4和迟滞比较器U5，所述第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均为N沟道MOS管，所述第一MOS管Q1的漏极作为恒压电路的输入端而连接于太阳能电池，所述第一MOS管Q1的漏极与栅极之间连接有第一旁路电阻R87，所述第一MOS管Q1的栅极还连接于稳压管D1的阴极，所述稳压管D1的阳极接地，所述第一MOS管Q1的源极通过依次串联的第一分压电阻R88和第二分压电阻R92接地，所述第一分压电阻R88和第二分压电阻R92的连接点电压作为基准电压而加载于迟滞比较器U5的同相端，所述第一MOS管Q1的栅极通过依次串联的第三分压电阻R85、第四分压电阻R93和第五分压电阻R95接地，所述第三分压电阻R85和第四分压电阻R93的连接点与迟滞比较器U5的同相端相连接，以令所述第一MOS管Q1栅极的电压经过分压后传输至迟滞比较器U5的反相端，所述恒压电路还包括有第三MOS管Q3，所述第三MOS管Q3为P沟道MOS管，所述第三MOS管Q3的漏极连接于第四分压电阻R93和第五分压电阻R95之间，所述第三MOS管Q3的源极接地，所述第三MOS管Q3的栅极连接于迟滞比较器U5的输出端，所述迟滞比较器U5的输出端电压传输至NPN管Q4的基极，所述NPN管Q4的发射极接地，其集电极连接于第二MOS管Q2的栅极，所述第二MOS管Q2的漏极与栅极之间连接有第二旁路电阻R86，所述第二MOS管Q2的漏极与第一MOS管Q1的源极相连接，所述第二MOS管Q2的源极作为恒压电路的输出端而为监控节点1供电。

上述恒压电路的原理为，以太阳能电池输出的标准电压为12V为例，稳压管D1的导通电压选为2.5V，当太阳能电池输出的电压为12V时，所述第一MOS管Q1导通，所述迟滞比较器U5的反相端电压经分压后小于同相端，迟滞比较器U5输出高电位，以令NPN管Q4导通，第二MOS管Q2随之导通，以令恒压电路输出12V电压；当太阳能电池输出的电压大于12V时，所述第一MOS管Q1导通，第一MOS管Q1栅极的电压经第三分压电阻R85、第四分压电阻R93和第五分压电阻R95分压后，加载于迟滞比较器U5的反相端，该迟滞比较器U5的反相端电压随太阳能电池的输出电压升高，直至高于其同相端，迟滞比较器U5输出低电位，以令NPN管Q4关闭，第二MOS管Q2随之关闭，进而避免恒压电路输出高于12V的电压，使得监控节点1在稳定的电压范围下工作。

本实施例中，为了对NPN管Q4起到限流作用，所述第一MOS管Q1的源极与NPN管Q4的基极之间连接有依次串联的第一限流电阻R91和第二限流电阻R4，所述迟滞比较器U5的输出端和第三MOS管Q3的栅极均与第一限流电阻R91和第二限流电阻R4的连接点相连接。

本实施中，迟滞比较器U5采用飞思卡尔工业级芯片，它包含耳机的低功率立体声编解码器，可为需要线路输入、麦克风输入、线路输出、耳机输出和数字I/O的便携式产品提供全面的音频解决方案。

基于上述内容，本发明还公开一种用于油气井的多节点远程监控管理方法，结合图1、图5和图6所示，该方法基于一系统实现，所述系统包括有至少一个客户端2、分设于多个油气井井口处的多个监控节点1、一底层通讯服务接口3及一服务器4，每一监控节点1对应设有一ID，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，系统初始化，所述监控节点1通过底层通讯服务接口3与服务器4建立远程无线连接；

步骤S2，所述客户端2生成控制指令并上传至服务器4；

步骤S3，所述服务器4将所述控制指令通过底层通讯服务接口3而发送至指定ID的监控节点1；

步骤S4，所述监控节点1根据所述控制指令进行数据采集，并将所采集的数据通过底层通讯服务接口3而上传至服务器4，以供客户端2查询。

作为一种优选方式，所述步骤S1中，所述监控节点1与服务器4建立连接时，若连接成功，则注册该监控节点1，并对监控节点1进行鉴权，鉴权成功后，由服务器4向监控节点1发送命令。

进一步地，所述服务器4向监控节点1发送的命令包括设置命令、语音播报命令和拍摄命令，所述监控节点1根据命令所执行的操作包括：

执行设置命令，并接受参数设置；

执行拍摄命令，并利用摄像头模块12拍摄照片数据；

执行语音播报命令，并利用音频播报模块16播放语音信号。

作为一种优选方式，所述步骤S1中，所述监控节点1与服务器4建立连接时，若连接不成功，则执行如下步骤：

步骤S10，服务器4延时预设时间后，向监控节点1发送心跳帧，若监控节点1响应心跳帧，则执行步骤S11，若监控节点1未响应心跳帧，则重复执行该步骤S10；优选地，服务器4延时的时间为10分钟。

步骤S11，监控节点1每响应一次心跳帧所述服务器4的计数器加1，当所述计数器累加为5时，表示监控节点1与服务器4成功建立连接。

作为一种优选方式，上述多节点远程监控管理方法包括如下数据采集和监控步骤：

请参照图1和图7，所述步骤S4中，所述监控节点1采集的数据包括有压力表数据、流量计数据和截断阀数据，所述压力表数据、流量计数据和截断阀数据打包后通过第一串口传输至主控模块10，再基于3G模块11上传至服务器4。进一步地，所述主控模块10每隔8秒读取一次压力表数据、流量计数据和截断阀数据。

请参照图1和图8，所述步骤S4中，所述监控节点1采集的数据包括由摄像头模块12摄取的照片数据，所述摄像头模块12根据拍摄命令而拍摄照片，并通过读取照片参数而判断是否拍摄成功，若拍摄成功，则将照片数据打包后通过第二串口传输至主控模块10，再基于3G模块11上传至服务器4。其中，读取照片参数时，系统提前对照片的大小范围进行了预设，接收到的照片若超出预设范围，则系统自动判定为拍摄不成功。

请参照图1和图9，所述监控节点1还执行误闯监控步骤：当所述红外检测模块15检测到目标区域内有人体红外信号时，所述主控模块10控制摄像头模块12拍摄照片数据、控制音频播报模块16播放语音报警信号

本发明公开的用于油气井的多节点远程监控管理系统及方法中，在客户端上就可以获取天然气井的各种参数，大大减少了人力、物力和时间的消耗，有效降低了巡检成本。此外，本发明还具有误闯报警功能，对误闯入油气井区域的人员经行语音报警，并拍摄照片上传到服务器和客户端，以便及时做出应对措施，大大提高了油气井的安全性，避免了不必要的损失。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。