一种用于井筒清洗车辆内有害气体管理监控系统的制作方法

1.本发明属于井筒蒸汽热洗车技术领域，具体涉及一种用于井筒清洗车辆内有害气体管理监控系统。


背景技术：

2.近年来气田大力推进以标准化设计为核心，以安全生产，标准化设计，模块化施工，规模化采购，市场化运作为主要内容的标准化建设体系，简化了油田建设流程，提高了气油田地面建设效率，质量和投资全面受控，其中在油田服务行业当中有一种井筒蒸汽热洗车队伍，解决了油井由于低温结蜡，而导致出油率低，产量提不上来的问题，其工作原理就是将锅炉当中的水烧开把热水蒸汽注入油井当中，要求温度达到130℃-150℃压力达到1mp左右，出水量在1.2-0.85m3/h，将凝结蜡融化，疏通油井管道，从而提高产油率，在洗井过程中很容易发生有害器气体泄漏，对操作人员造成伤害。
3.现有井筒蒸汽热洗车服务队伍，只有机械温度表，机械压力表，燃烧机，锅炉发电机，控制箱等设备，工作时需要作业区派人跟踪，对有害气体无法监测，对实时检查热洗车辆的锅炉温度，压力，工作水量等情况，由于油田工作人员有限，往往过路司机单独将车量开到进场不作业，半作业，弄虚作假等，很难做到实时检查，同时现场锅路司机为了节约成本温度达不到，水温压力也达不到，同时锅炉出水量也很难达到，造成油井管道疏通效果不佳，产油量提升不了造成损失，给厂区监管带来了很大的困难，造成资金投入不少，而产油率却没有提高的现象，因此提出电路硬件要解决出现的问题如下：
4.1：作业现场无传有害气体传感器(一氧化碳，硫化氢，甲烷，二氧化硫)监测；
5.2：作业现场传感器测量，大气温度，相对湿度，气压，风向，风速，降水量，光照强度，数据实时上传；
6.3：改变现有作业，对有害气体(一氧化碳，硫化氢，甲烷，二氧化硫)检测，无实时预警，及报警，远传报警等功能；
7.4：改变现有锅炉都是机械压力表，温度表无智能化管理系统车内无有害气体监测；
8.5：改变现压力，温度表，无实时上传功能，夏天车内锅炉房温度达到了40-60度，人员无法长时间在车内监管，车内出现气体泄漏没法察觉；
9.6：没有流量计，无法观看实时排水量，无法监管洗井水量累计是否达标等问题；
10.7：作业区派人不定时抽查，或跟踪检查，解决作业区人首不够，及监管力度不够等问题；
11.8：现有车辆无法获得地理位置，无法判定井场作业油井与派工单是否相符等问题；
12.9：由于锅炉司机车辆驻地和作业区相隔较远，同时锅炉特种车辆车型较大驾驶不方便每天锅炉司机到作业区领取工作单，给锅炉司机带来了极大不便，同时额外增加燃油费用等浪费了时间人力等；
13.10：由于每月工作量的签字确认，无法依靠有效数据来判断是否达到满足，经常锅炉司机工作单与作业区不符结算难等问题；
14.11：锅炉司机洗井压力温度没有实时曲线图，往往靠当日工作单记录数据，给作业区造成很大的误差；
15.12：锅炉司机洗井时，靠个人来判断有效洗井时间是否达到，没有具体的时间可查，给结算和作业区带来了很大不便；
16.13：由作业区派工单，每天都要提前填好，打印，确认，大大的工作量增加了，还经常出错；
17.14：锅炉操作带有危险性，为了安全锅炉司机规范操作，要实行实时视频监控；
18.15：油田数据实行内网传输，要有一定的保密性，因此要有司机即可手机查实时看数据，同时又可以操作因有的油田软件操作权限。


技术实现要素：

19.本发明的目的是解决上述问题，提供一种用于井筒清洗车辆内有害气体管理监控系统，软硬件结合将车辆信息、车辆所属单位、驾驶员信息、锅炉数据，有害气实时数据等信息的查询、统计，预警，报警等紧密结合起来，操作简单方便，界面美观大方，能够满足数据采集以及展示的需求。
20.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于井筒清洗车辆内有害气体管理监控系统，包括洗井车辆，数据采集系统，平台监控管理系统，所述数据采集系统包括仪表部分和数据采集部分，所述仪表部分包括压力变送器、温度变送器、流量计、数据采集器、有害气体传感器；所述数据采集部分采用rtu，所述rtu具有gps定位模块、视频监控模块、无线通讯模块、4g路由器，所述rtu安装在洗井车辆上，所述无线通讯模块包括lora无线通讯模块、zigbee通讯模块和433无线通讯模块，所述gps定位模块、lora无线通讯模块、zigbee通讯模块和433无线通讯模块均与微处理器连接，所述微处理器与4g路由器通过rj45网络通讯电路连接，所述微处理器连接231通讯电路、输入电路、485通讯电路、数据存储器电路、sd卡存储器、电源模块、显示器；所述485通讯电路通过485集线器与仪表部分采用电缆线连接，实现数据通信的采集；
21.所述平台监控管理系统包含：
22.1、人员管理：人员的基本信息、人员的权限、登录信息；
23.2、车辆管理：车辆的信息以及司机信息；
24.3、派工管理：工作量的管理；
25.4、实时数据：
26.1)地图查看：以地图的形式显示所有车辆工作地点、温度、压力、采集时间等数据；
27.2)表格查看：以表格的形式显示所有车辆工作地点、温度、压力、采集时间等数据；
28.5、历史数据：查看车辆当日数据以及历史数据；
29.6、报表统计：工作量统计。
30.进一步的，所述485通讯电路采用多路485隔离器与max485芯片相连，通讯接口通过于主芯片stm32f767的pc6和pc7引脚与max3485的1脚ro和4脚di相连，通过ttl电平与仪表部分压力变送器、温度变送器、流量计、数据采集器、有害气体传感器完成数据交换。
31.进一步的，所述gps定位模块的3脚与主芯片stm32f767的pa0相连，4脚与主芯片的pa1相连，构成定位信息的输入，通过ttl电平实行数据交换，完成清洗车辆工作的定位信息。
32.进一步的：所述rj45网络通讯电路采用urs232-b模块，urs232-b模块4脚与主芯片stm32f767的pe0连接，urs232-b模块3脚与主芯片stm32f767的pe1脚连接，完成与4g路由器数据内外网交互，通过ttl电平实现数据通讯，完成现场ip地址及基础网络配置。
33.优先的：所述微处理器为32位stm32f767型arm微处理器，所述gps定位模块采用atk-s1216f8-bd北斗模块，所述lora无线通讯模块采用usr-lg220-l型模块，所述zigbee通讯模块采用st-zbrs232型芯片，所述433无线通讯模块采用fc-221ap型模块。
34.优先的：所述433无线通讯模块、zigbee通讯模块、lora无线通讯模块与微处理器均为无线连接。
35.优先的：所述电源模块采用洗井车辆自备的电源供电。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
37.1、在所有洗井车辆上安装气体传感器(一氧化碳，硫化氢，甲烷，二氧化硫)，安装数字化压力表，温度表，安装流量计等，便于监控有害气体；
38.2、gps定位模块用于获取实时地理位置信息，可直接获得rtu装置车辆安装的地理位置信息，上传到后台服务器上，可以快速找到准确的对应rtu装置车辆信息，了解运行情况；
39.3、作业区每日派工单通过网上派单，不需要纸质打印确认，锅炉司机通过手机app即可知道自己当日的工作单；
40.4、具有锅炉司机每量车的信息，信息随时能修改，添加，删除；
41.5、具有每口井的有害气体的实时数据，作业压力，温度，瞬时流量，累计流量数据，有害气体的实时数据；
42.6、具有每口井的，有害气体的实时数据，作业压力，温度，瞬时流量，累计流量数据保存功能，带有数据库能实时查询，能实时查看地理位置信息等功能；
43.7、具有统计，时间计算，数据达标计算，自动结算等功能；
44.8、具有视屏监控，存储查看功能；
45.9、具备油田数据实行内网传输，或外网传输，具有一定的保密性，司机即可手机查实时看数据，同时又可以操作因有的油田软件操作权限。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
47.图1为本发明整体结构示意图；
48.图2为本发明连接关系结构示意图；
49.图3为本发明整体电路连接示意图；
50.图4为本发明485集线器模块电路结构图；
51.图5为本发明ad模块电路结构图；
52.图6为本发明网络通讯电路结构图；
53.图7为本发明gps定位模块结构示意图；
54.图8为本发明无线通讯模块电路结构图；
55.图9为本发明sd卡存储器电路图；
56.图10为本发明软件设计流程图；
57.图11为本发明无线4g模块嵌入式软件流程图；
58.图12为本发明总体工作流程图；
59.图13为本发明整体结构功能简介图。
具体实施方式
60.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。
61.如图1～9所示的一种用于井筒清洗车辆内有害气体管理监控系统，包括洗井车辆，数据采集系统，平台监控管理系统。数据采集系统分为仪表部分和数据采集部分，主要功能是监控清洗车辆的出口压力、出口温度，出口流量，当次清洗的有效时间以及清洗车辆的位置定位，实现对清洗效果的监控管理，所有数据通过4g网络传输到指定服务器的管理平台；
62.仪表部分包括：
63.压力变送器1台(rs485信号输出或4-20ma输出)
64.温度变送器1台(rs485信号输出或4-20ma输出)
65.流量计1台(rs485信号输出或4-20ma输出)
66.数据采集器1台(rs485信号4-20ma输入)
67.有害气体传感器无线433mhz 5台(rs485信号输出或4-20ma输出)
68.以上仪表要求所有清洗车辆必须配套；
69.数据采集部分：
70.硬件数据采集将采用gt23系列rtu，rtu具备gps定位模块，视频监控，4g路由器、无线通讯模块，无线通讯模块包括lora无线通讯模块、zigbee通讯模块和433无线通讯模块，所述gps定位模块、lora无线通讯模块、zigbee通讯模块和433无线通讯模块均与微处理器连接，可实现车辆位置定位，视屏监控，数据采集传输，rtu将安装在洗井车辆上，电源采用洗井车辆自备的电源进行供电，rtu和所有仪表的数据通信采用电缆线连接方式进行采集。
71.硬件设计电路中微处理器为32位stm32f767型arm微处理器，所述gps通讯模块采用型atk-s1216f8-bd北斗模块，所述lora无线通讯模块采用usr-lg220-l型模块，所述zigbee通讯模块采用st-zbrs232型芯片，所述433无线通讯模块采用fc-221ap型模块。
72.微处理器连接231通讯电路、输入电路、485通讯电路、数据存储器电路、sd卡存储器、电源模块、显示器。
73.油田井场多分在山区或山沟里，通过4g路由器模块功能可实现数据远程传输，数据相互访问等功能，4g路由器模块能和移动电信联通等基站网络相连，485模块用于连接车
内的传感器和设备，同时由于车内设备的不统一性，有的仪表4ma-20ma输出可接入rtu的8路4ma-20ma输入电路车内的设备包括温度传感器、瞬时流量累积流量传感器、压力传感器、电机阀门控制等。
74.本系统通过无线通讯模快接收车内的设备传递的信号，经中央微处理器处理后，将有害气体参数，压力，瞬时流量，温度，阀门开关状态等电信号转换为数字信号，通过显示模块实现与显示屏的连接，于显示屏上放大显示获得的数据，方便现场工作人员第一时间就能观测到实时数据，同时有效的将数据上传到服务器。
75.gps定位模块用于获取实时地理位置信息，gps定位模块能接受北斗地理位置参数，和32位arm微处理器通过电路相连，通过在中央微处理器上连接gps模块，实现在有上千台rtu装置车辆运行时，可直接获得rtu装置车辆安装的地理位置信息，上传到后台服务器上，可以快速找到准确的对应rtu装置车辆信息，了解运行情况。
76.所述485通讯电路采用多路485隔离器与max485芯片相连，通讯接口通过于主芯片stm32f767的pc6和pc7引脚与max3485的1脚ro和4脚di相连，通过ttl电平与仪表部分压力变送器、温度变送器、流量计、数据采集器、有害气体传感器完成数据交换，有害气体传感器，压力，温度，流量计，等设备带485的仪表通讯，完成数据交换实现数据智能化替换了老式的机械表，同时采集的数据每隔15秒上传一次，用于上位机数据报表及曲线图。
77.根据现场需求，由于压力、温度带电流输出，添加了ad采集电路，可以采集现场(4-20ma)二次仪表具体电路如图5所示，采用16位芯片ltc1867ai可以同时有8路输入即采集8块仪表数据，ltc1867ai的14脚链接主芯片stm32f767的pe6接受数据输入，同时13脚链接主芯片stm32f767的pe7数据输出给主芯片，12脚为时钟控制引脚有主芯片stm32f767的pe8输出时钟控制，11脚为片选链接pe9，10脚位参考电压，主芯片通过spi总线通讯的方式将仪表数据采集放入寄存器中用于上位机数据报表及曲线图。
78.rj45网络通讯电路完成与路由器数据内外网交互，满足现场网络通讯，其具体电路图6所示，本电路采用urs232-b模块4脚与主芯片stm32f767的pe0，3脚与pe1连接，通过ttl电平实现数据通讯，完成现场ip地址及基础网络配置，同时网口1与路由器的网口1相连整个完成整个4g无线路由上传功能。
79.gps定位模块与主芯片stm32f767的pa0连接构成定位信息的输入，同时完成锅炉车工作的定位信息起到监测作用，本定位模块采用北斗定位模块，地理信息位置准确，刷星速率快，使用简单，gps定位模块的3脚与主芯片stm32f767的pa0相连，4脚与主芯片的pa1相连，通过ttl电平实行数据交换。
80.现场还配备无线压力表或温度表，免去布线难问题，为解决此问题设计了3种无线模块zigbee通讯模块，433无线通讯模块，lora无线通讯模块分别与主芯片stm32f767的pa2，pa3，pa9，pa10，pb3，pb4相连，通过ttl电平实现数据交换，同时作为备选模块，方便现场各种搭配使用方式。该场合主要选用433无线通讯模块，和现场便携式有害气体传感器通讯，做到安装方便，适用与各种有害气体监测场合，同时布控根据场地，风向，光照，温度等环境进行布控。
81.sd卡存储器解决现场存储数据及备份问题，eprom芯片采用了at45db161db与主芯片stm32f767的pb13，pb12，pb14，pb15相连，通过spi接口通讯数据方式将数据写入或读出，从而实现了数据备份。sd卡存储器通过pc8，pc9，pc10，pc11，pc12，pd0与主芯片相连，实现
大数据备份及数据交换。
82.平台监控管理系统
83.平台监控管理系统实现的功能主要是对清洗车辆的管理、清洗井的管理、清洗效果的实时监控和历史数据的查询，实现对过程的远程管理。如所清洗井正好已经建设数字化并有视频监控，可以将视频监控接入平台，实现现场操作规范和安全的管理。
84.1)服务器要求
85.因本次数据传输将采用手机4g网络进行数据传输，需要我们的服务器具备固定ip地址。我们可以通过租赁外部服务器或油田内部网络通过vpn指定服务器完成。
86.服务器硬件要求：cpu 4*2.8ghz；硬盘500g；内存8g及以上。
87.操作系统：windows系统
88.2)平台软件功能
89.平台软件将采用定制的方式为管理人员提供方便，根据调研和经验，将主要涉及以下几个模块：
90.1、人员管理：人员的基本信息、人员的权限、登录信息。
91.2、车辆管理：车辆的信息以及司机信息。
92.3、派工管理：工作量的管理。
93.4、实时数据：
94.1)地图查看：以地图的形式显示所有车辆工作地点、温度、压力、采集时间等数据；
95.2)表格查看：以表格的形式显示所有车辆工作地点、温度、压力、采集时间等数据。
96.5、历史数据：查看车辆当日数据以及历史数据。
97.6、报表统计：工作量统计。
98.本发明数据传输到平台服务器将通过4g网络完成，安装采集模块的车辆需要同时提供具备上网功能的手机卡一张(推荐使用移动卡或厂内部vpn卡)。
99.上位机服务器登录
100.1、打开浏览器
101.输入http://xajslh.com:8089/showdate；
102.2、登录查看
103.选择“井筒蒸汽热洗车管理系统”输入登录名和密码点击登录
104.本系统分为三个角色：系统管理员(管理整个系统)、派工员(安排车辆工作任务)、车管员(车辆工作情况确定)。
105.本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。
106.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。