一种分注集成式数据采集系统及其远程监控方法与流程

1.本发明属于油田分层注水技术领域，尤其是涉及一种分注集成式数据采集系统及其远程监控方法。


背景技术：

2.有缆智能分注工艺包括井下智能分注工艺管柱和地面控制系统两部分，其中地面控制系统由地面防爆控制器和上位机、测调软件组成，地面防爆控制器通常安装的井口采油树附近，受海上平台空间资源的制约，为节约空间常规地面防爆控制器采用一对多的连接方式，即1个地面控制器可以连接4-7口井，采用轮询的模式实现不同井的切换供电/通讯，并通过一根rs485通讯电缆采用半双工模式与上位机连接，在测调软件的操控下完成多口分注井的智能化调控。
3.伴随智能分注井的规模化应用和远程实时监控的需求，平台需要安装多个地面控制器，增加了设备对平台控制占用和平台人员对设备管理的工作量，同时现有地面控制器和监控系统架构已无法实现多用户、并发访问、实时监测与调控的要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种能够减少平台空间占用、方便设备集中化管理的分注集成式数据采集系统及其远程监控方法，可满足多用户、并行访问的远程实时监控的需求，实现分注井的远程智能化调控。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种分注集成式数据采集系统，包括集成控制柜本体以及设置在集成控制柜本体内部的第一支架，所述第一支架将所述集成控制柜本体的内部空间划分为开关室、显示与操控室、采集与监控室和接线室，所述第一支架上安装有多个抽屉单元，所述接线室内安装有多个插接板和接线端子排，所述接线端子排的一端与插接板的两针插座连接，另一端与井口接线盒电性连接，每个插接板分别对应一个抽屉单元的后端面，所述抽屉本体的后端设置有插接头，所述插接头和插接板上设置的插接座配合，能够实现抽拉式通电、断电，所述集成控制柜本体的顶部安装有散热风扇。
6.进一步的，所述抽屉单元包括抽屉本体，所述抽屉本体的内部设置有第二支架，所述第二支架上设置有智能分注测控电路，所述抽屉本体的前端面上安装有电压表、电流表、抽拉把手、调节旋钮、第一电源指示灯、电源开关按钮、调试插孔和标识牌，其中电压表、电流表、调节旋钮、第一电源指示灯、电源开关按钮和调试插孔分别与所述智能分注测控电路电性连接，所述抽屉本体的两侧安装有导向凸台，所述抽屉本体的后端面安装有两个插接头，两个插接头包括一个三针插头和一个两针插头，所述三针插头和两针插头分别与智能分注测控电路电性连接。
7.进一步的，所述第一支架与所述抽屉单元配合连接的位置处设置有凹型导轨，所述凹型导轨与所述抽屉单元两侧设置的导向凸台配合，能够实现抽屉单元的抽拉导向和支
撑固定。
8.进一步的，所述开关室内设置有总电源开关、熔断器、第二电源指示灯和分电源开关，所述总电源开关和熔断器连接，熔断器远离所述总电源开关的一端分出多个支路，同时每个支路上依次连接有第二电源指示灯和分电源开关。
9.进一步的，每个插接板上均安装有两个插接座，包括一个三针插座和一个两针插座，所述三针插座与所述分电源开关电性连接，所述两针插座与所述接线端子排的一端电性连接；所述抽屉本体的两个插接头与所述插接板的两个插接座配合，能够实现抽拉式通电、断电。
10.进一步的，所述显示与操控室设置有显示器、键盘和鼠标，所述采集与监控室设置有边缘一体机、网闸、防火墙、交换机和网关；
11.所述显示器、键盘和鼠标分别与所述边缘一体机连接，交换机设置有多个接口，每个抽屉单元配备一个网关，网关的一端采用rs485接口与智能分注测控电路电性连接，另一端采用以太网接口与交换机连接，边缘一体机配置有双网卡，一个网卡与交换机网络连接，运行多线程数据采集和监控软件，实现多口智能分注井的实时数据采集、存储与监控，另一个网卡经网闸、防火墙并入办公网与陆地云端服务器连接。
12.进一步的，所述集成控制柜本体的侧板上设置有散热孔。
13.一种利用上述采集系统的分注集成式数据采集远程监控方法，包括以下步骤：
14.第一步：从分注集成式数据采集系统铺设一根地面通讯电缆，使通讯电缆铺设到智能分注井的采油树端井下钢管电缆处；
15.第二步：将地面通讯电缆的一端与井下钢管电缆，通过井口接线盒进行连接和接头密封保护，地面通讯电缆是双芯，其中一个芯与钢管电缆的缆芯连接，定义为正极，另一个芯与钢管电缆外钢管层连接，定义为负极；
16.第三步：将地面通讯电缆的另一端与接线室内设置的接线端子排连接；
17.第四步：将接线端子排的另一端与插接板的两针插座电缆连接；
18.第五步：将插接板的三针插座与开关室的分电源开关电缆连接；
19.第六步：将智能分注测控电路的串行rs485通讯端口与网关的rs485串行通讯端口电缆连接；
20.第七步：为网关配置ip地址和端口，将网关的以太网端口与交换机端口网线连接；
21.第八步：边缘一体机配置有双网卡，将其中一个网口与交换机网线连接，另一个网口与网闸、防火墙网线连接后并入办公网；
22.第九步：重复第一步至第七步，将平台所有智能分注井接入平台局域网并为每口智能分注井分配一个独立的ip。
23.进一步的，智能分注测控电路与边缘一体机采用modbus tcp协议通讯，在边缘一体机上运行多线程实时数据采集和远程监控软件，实时与多口智能分注并行通讯，将采集的智能分注井的井下分注实时数据，通过远程通讯协议传输至陆地云端服务器，并接收云端下发的分注井远程加密控制指令，将指令解析后下发给特定ip地址的智能分注测控电路，智能分注测控电路根据控制指令对井下智能分注工具进行开关调控，进而实现智能分注井的远程实时监控。
24.相对于现有技术，本发明所述的分注集成式数据采集系统及其远程监控方法具有
以下优势：
25.(1)地面控制柜采用集成化结构设计，一个控制柜可集中管控多口智能分注井；
26.(2)每口井均配备独立的供电开关、抽拉单元和测调电路，方便现场故障排查、设备检修和维护；
27.(3)为每口井分配一个ip地址，并采用modbus tcp通讯协议，可实现多用户、并发式对多口智能分注井的远程实时监控，有效解决了常规地面控制柜多井间轮询采集和监控所存在的实时性差、无法多井同时运行等问题，同时避免了井间频繁切换供断电对井下智能分注工具电子元器件的冲击影响，延长工具的使用寿命。
附图说明
28.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1为本发明实施例所述的分注集成式数据采集系统的主视结构示意图；
30.图2为本发明实施例所述的分注集成式数据采集系统的左视结构示意图(内部结构)；
31.图3为本发明实施例所述的抽屉单元的主视结构示意图；
32.图4为本发明实施例所述的抽屉单元的俯视结构示意图；
33.图5为本发明的电气连线示意图。
34.附图标记说明：
35.1、集成控制柜本体；
36.2、第一支架；201、凹型导轨；
37.3、抽屉单元；301、抽屉本体；302、第二支架；303、智能分注测控电路；304、电压表；305、电流表；306、抽拉把手；307、调节旋钮；308、第一电源指示灯；309、电源开关按钮；310、调试插孔；311、标识牌；312、导向凸台；313、三针插头；314、两针插头；
38.4、插接板；401、三针插座；402、两针插座；
39.5、散热风扇；
40.6、开关室；601、总电源开关；602、熔断器；603、第二电源指示灯；604、分电源开关；
41.7、显示与操控室；701、显示器；702、键盘；703、鼠标；
42.8、采集与监控室；801、边缘一体机；802、网闸；803、防火墙；804、交换机；805、网关；
43.9、接线室；10、接线端子排；11、井口接线盒。
具体实施方式
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
46.如图1-图5所示，本发明为一种分注集成式数据采集系统，包括集成控制柜本体1、第一支架2、抽屉单元3、插接板4和散热风扇5，为了降低柜内温度，所述集成控制柜本体1两端侧板设置有散热孔，同时集成控制柜本体1的顶部安装有散热风扇5。集成控制柜本体1内
部设置有第一支架2，所述第一支架2将所述集成控制柜本体1的内部空间划分为开关室6、显示与操控室7、采集与监控室8和接线室9，所述第一支架2上等间隔安装有多个抽屉单元3，抽屉单元3间相互独立，所述接线室9内安装有多个插接板4和接线端子排10，并用于集成控制柜本体1内设备间的电气连接和电缆敷设，所述接线端子排10的一端与插接板4的两针插座402连接，另一端与井口接线盒11电性连接，每个插接板4分别对应一个抽屉单元3的后端面，所述抽屉本体301的后端设置有插接头，所述插接头和插接板4上设置的插接座配合，能够实现抽拉式通电、断电。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
47.所述抽屉单元3包括抽屉本体301，所述抽屉本体301的内部设置有第二支架302，所述第二支架302上设置有智能分注测控电路303，即智能分注测控电路303借助第二支架302固定在抽屉本体301上，所述抽屉本体301的前端面上安装有电压表304、电流表305、抽拉把手306、调节旋钮307、第一电源指示灯308、电源开关按钮309、调试插孔310和标识牌311，其中电压表304、电流表305、调节旋钮307、第一电源指示灯308、电源开关按钮309和调试插孔310分别与所述智能分注测控电路303电性连接。所述电压表304和电流表305，能够直读显示电路的实时运行数据；所述抽拉把手306的存在，方便操作人员对抽屉单元3的推拉操作；调节旋钮307用于调整智能分注测控电路303的参数；第一电源指示灯308用于显示智能分注测控电路303的通断电状态；电源开关按钮309用于智能分注测控电路303的通断电和复位操作；调试插孔310用于智能分注测控电路303的联机调试；标识牌311用于单个抽屉单元3的信息显示，便于工作人员查找、操作。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
48.所述抽屉本体301的两侧安装有导向凸台312，所述第一支架2与所述抽屉单元3配合连接的位置处设置有凹型导轨201，所述凹型导轨201与所述抽屉单元3两侧设置的导向凸台312配合，导向凸台312插入凹型导轨201为抽屉本体301提供导向、支撑和固定，从而实现抽屉单元3的抽拉导向和支撑固定。接线室9内，在第一支架2上等间隔安装有插接板4，每个插接板4上安装有两个插接座，包括一个三针插座401和一个两针插座402，三针插座401与分电源开关604电性连接，每个抽屉单元3配备一个分电源开关604，每个抽屉单元3可单独供断电，两针插座402与接线端子的一端电连接；每个插接板4对应一个抽屉单元3，抽屉本体301的后端面安装有两个插接头，两个插接头包括一个三针插头313和一个两针插头314，所述三针插头313和两针插头314分别与智能分注测控电路303电性连接，同时三针插头313为测控电路供电插头，两针插头314为井下供电插头；三针插头313与三针插座401、两针插头314与两针插座402分别相互配合使用，伴随抽屉单元3的推拉实现单个测调电路的快速通断电，避免对这个控制柜其他单元产生影响，便于单井故障排查、设备检修和维护。
49.所述开关室6内设置有总电源开关601、熔断器602、第二电源指示灯603和分电源开关604，所述总电源开关601和熔断器602连接，熔断器602远离所述总电源开关601的一端
分出多个支路，同时每个支路上依次连接有第二电源指示灯603和分电源开关604。
50.所述显示与操控室7设置有显示器701、键盘702和鼠标703，所述采集与监控室8设置有边缘一体机801、网闸802、防火墙803、交换机804和网关805；所述显示器701、键盘702和鼠标703分别与所述边缘一体机801连接，用于安装、部署、操作各种应用程序软件，交换机804设置有多个接口，每个抽屉单元3配备一个网关805，网关805的一端采用rs485接口与智能分注测控电路303电性连接，另一端采用以太网接口与交换机804连接，借助网关805实现基于rs485硬件接口的modbus rtu协议到基于以太网的modbus tcp协议转换，并将单井测调电路系统快速联网；每个网关805分配一个ip地址，所有的网关805均连接到一个网络交换机804，通过网络交换机804构建起一个智能分注井的局域网；边缘一体机801配置有双网卡，一个网卡与交换机804网络连接，运行多线程数据采集和监控软件，实现多口智能分注井的实时数据采集、存储与监控，另一个网卡经网闸802、防火墙803并入办公网与陆地云端服务器连接，运行多线程实时数据采集和远程监控软件，一方面将平台端智能分注井的实时数据打包传输云端服务器，另一方面接收陆地发出的远程监控指令，继而实现多用户、并发式对智能分注井组的远程实时监控。
51.一种利用上述采集系统的分注集成式数据采集远程监控方法，包括以下步骤：
52.第一步：从分注集成式数据采集系统铺设一根地面通讯电缆，使通讯电缆铺设到智能分注井的采油树端井下钢管电缆处；
53.第二步：将地面通讯电缆的一端与井下钢管电缆，通过井口接线盒11进行连接和接头密封保护，地面通讯电缆是双芯，其中一个芯与钢管电缆的缆芯连接，连接后地面通讯电缆的这个芯的连接端被定义为正极，另一个芯与钢管电缆外钢管层连接，连接后地面通讯电缆的这个芯的连接端被定义为负极；
54.第三步：将地面通讯电缆的另一端与接线室9内设置的接线端子排10连接；连接时，将地面通讯电缆的另一端的正/负极与接线室9内设置的接线端子排10的一端两个插接孔连接；
55.第四步：将接线端子排10的另一端的两个插接孔与插接板4的两针插座402电缆连接；
56.第五步：将插接板4的三针插座401与开关室6的分电源开关604电缆连接；
57.第六步：将智能分注测控电路303的串行rs485通讯端口与网关805的rs485串行通讯端口电缆连接；
58.第七步：为网关805配置ip地址和端口，将网关805的以太网端口与交换机804端口网线连接；
59.第八步：边缘一体机801配置有双网卡，将其中一个网口与交换机804网线连接，另一个网口与网闸802、防火墙803网线连接后并入办公网；
60.第九步：重复第一步至第七步，将平台所有智能分注井接入平台局域网并为每口智能分注井分配一个独立的ip。
61.智能分注测控电路303与边缘一体机801采用modbus tcp协议通讯，在边缘一体机801上运行多线程实时数据采集和远程监控软件，实时与多口智能分注并行通讯，将采集的智能分注井的井下分注实时数据，通过远程通讯协议传输至陆地云端服务器，并接收云端下发的分注井远程加密控制指令，将指令解析后下发给特定ip地址的智能分注测控电路
303，智能分注测控电路303根据控制指令对井下智能分注工具进行开关调控，进而实现智能分注井的远程实时监控。该远程监控方法，实现了多用户、并发式对智能分注井的远程实时监控，对于分层配注量远程实时调整、分层试井动态分析、井下工具故障诊断分析、注采方案优化调整提供技术支持。
62.该远程监控方法使得每口井配备一个抽屉单元3，每个抽屉单元3配备一个分电源开关604，每个抽屉单元3可单独供断电；抽屉单元3中的智能分注测控电路303经抽屉本体301的三针插头313和两针插头314、插接板4的三针插座401和两针插座402、接线端子与井口接线盒11电性连接，为井下智能分注工具供电和通讯；每个抽屉单元3配备一个网关805，网关805的一端采用rs485接口与智能分注测控电路303电连接，另一端采用以太网接口与交换机804连接，借助网关805实现基于rs485硬件接口的modbus rtu协议到基于以太网的modbus tcp协议转换，并将单井测调电路系统快速联网；每个网关805分配一个ip地址，所有的网关805均连接到一个网络交换机804，通过网络交换机804构建起一个智能分注井的局域网；边缘一体机801配置有双网卡，一个网卡与交换机804网络连接，运行多线程数据采集和监控软件，实现多口智能分注井的实时数据采集、存储与监控，另一个网卡经网闸802、防火墙803并入办公网与陆地云端服务器连接，运行多线程实时数据采集和远程监控软件，一方面将平台端智能分注井的实时数据打包传输云端服务器，另一方面接收陆地发出的远程监控指令，继而实现多用户、并发式对智能分注井组的远程实时监控。
63.该集成式数据采集系统采用集成化结构设计，一个控制柜可集中管控多口智能分注井；每口井均配备独立的供电开关、抽拉单元和测调电路，方便现场故障排查、设备检修和维护；为每口井分配一个ip地址，并采用modbus tcp通讯协议，可实现多用户、并发式对多口智能分注井的远程实时监控，有效解决了常规地面控制柜多井间轮询采集和监控所存在的实时性差、无法多井同时运行等问题，同时避免了井间频繁切换供断电对井下智能分注工具电子元器件的冲击影响，延长工具的使用寿命。
64.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。