一种石油井场物联网泥浆无线超声波液位计的制作方法

1.本实用新型涉及石油行业仪表技术领域，特别涉及一种石油井场物联网泥浆无线超声波液位计。


背景技术：

2.石油井场是石油行业的施工现场，大多数存在石油或天然气等易燃易爆危险介质，因此，石油井场属有火灾或爆炸的危险环境，仪器仪表设备有防爆等级要求。但由于石油井场经常需要移动或搬迁，井场内部仪表设施如果采用有线网络每次搭建都需要重新布线，由于每次移动后钻井格局不同、铺设线缆的长度和格局不同，现场铺设耗时耗力，同时线缆的重复利用率低。
3.目前石油钻修井井场泥浆罐均需安装泥浆液位计，用于监测罐内泥浆液位。钻进时如发生了井漏或溢流，泥浆返回泥浆罐的量会发生变化。因此，值守人员需实时观察泥浆液位和泥浆罐储液量的变化，预防井漏、溢流井喷等灾难性事故。
4.而目前市场上没有适合石油井场使用特点的液位计产品，只能使用传统固定式防爆液位计，其供电和通讯线路均为有线模式，井场每次搬迁均需频繁拆除和铺设线路，造成人力和物力的巨大浪费。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种石油井场物联网泥浆无线超声波液位计，安装和拆除方便快捷。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种石油井场物联网泥浆无线超声波液位计，包括：仪表本体；
8.所述仪表本体包括：隔爆箱及设置于其的超声波部件、无线通讯部件、控制器和防爆天线；
9.所述超声波部件和所述无线通讯部件均连接于所述控制器，所述防爆天线连接于所述无线通讯部件。
10.优选地，所述无线通讯部件为lora无线通讯模组。
11.优选地，所述超声波部件为低功耗超声波传感器，采用全封闭结构。
12.优选地，所述控制器为低功耗mcu控制板，与lora无线通讯模组通过uart连接；
13.所述低功耗mcu控制板与所述低功耗超声波传感器采用uart端口连接，数据传输采用ttl电平。
14.优选地，其特征在于，所述隔爆箱包括：固定连接的上防爆箱体和下防爆箱体；
15.所述无线通讯部件和控制器设置于所述上防爆箱体内，所述防爆天线设置于所述上防爆箱体的顶部，所述超声波部件设置于所述下防爆箱体的底部。
16.优选地，所述仪表本体还包括：防爆开关，所述防爆开关连接于所述控制器；
17.所述隔爆箱设置有电池仓，所述电池仓内的电池连接于所述防爆开关。
18.优选地，所述电池仓设置于所述隔爆箱的外侧壁。
19.优选地，还包括：显示部件，所述显示部件连接于所述控制器；
20.所述显示部件设置于所述隔爆箱的顶部。
21.优选地，还包括：设置于所述隔爆箱的顶部的防爆视窗；
22.所述显示部件为仪表面oled显示屏，位于所述防爆视窗内。
23.优选地，还包括：用于固定在泥浆罐顶部的安装支架；
24.所述安装支架设有安装所述隔爆箱的卡槽，且所述卡槽内设有与所述隔爆箱配合的磁性垫片。
25.从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的石油井场物联网泥浆无线超声波液位计可实时采集泥浆罐液位，本地显示罐液位及罐储量，配备上位机设置软件，可设定传感器采集时间间隔、数据上传时间间隔、液位变化量阈值等参数，mcu对液位上传时间间隔实行智能化管理，自带无线通讯功能，开机通过物联网网关与上位机自动组网，实现远程自动化化监控。
26.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：安装和拆除方便快捷，使用时将安装支架底部焊接在罐顶，现场安装时，只需将仪表本体放入卡槽内，卡槽装有磁性垫片，可将仪表本体紧紧吸住。拆除时只需将仪表本体取出即可；操作简单。开始使用需将设备连接至电脑，运行参数设置软件，在软件界面预设参数值，设置完毕，一键下传完成；现场显示目视清晰。设备采用oled显示，面板向上，方便值守人员查看；更换电池方便。仪表电池仓在本体侧面有仓门，取下即可更换电池；设备采用stm32低功耗微控制器，结合最新物联网技术，在井场构建无线传感网，自带大容量物联网专用电池，现场无需外接线缆。在更换井场时，可以随时将仪表本体拆除运用于下一个井场，适合石油井场使用特点，具有较高的实用价值。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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本实用新型的一些实施例，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。
28.图1为本实用新型实施例提供的石油井场物联网泥浆无线超声波液位计的外形结构示意图；
29.图中标记为：
30.1、上箱体；1-4报警器；1-5防爆天线；
31.2、下箱体；2-2电池仓；2-4低功耗超声波传感器；
32.图2为本实用新型实施例提供的石油井场物联网泥浆无线超声波液位计的原理示意图；
33.图中标记为：
34.1、上箱体；1-1上防爆箱体；1-2防爆视窗；1-3仪表面oled显示屏；1-4报警器；1-5防爆天线；
35.2、下箱体；2-1下防爆箱体；2-2电池仓；2-3电池；2-4低功耗超声波传感器；2-5防爆开关。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
37.本实用新型实施例提供的石油井场物联网泥浆无线超声波液位计，包括：仪表本体，其结构可以参照图1和图2所示；
38.其中，仪表本体包括：隔爆箱及设置于其的超声波部件、无线通讯部件、控制器和防爆天线1-5；
39.超声波部件和无线通讯部件均连接于控制器，现场无需外接通讯线缆；防爆天线1-5连接于无线通讯部件，起到保护作用，满足石油井场防爆要求。
40.从上述的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的石油井场物联网泥浆无线超声波液位计，采用无线通讯部件，避免了现有技术采用有线网络每次搭建都需要重新布线，还设计了相应的防爆配件，满足石油井场对设备的要求。
41.具体的，无线通讯部件为lora无线通讯模组1-7，lora是一种新兴的物联网通讯协议，其具有功率密度集中，抗干扰能力强的优势，低速率低功耗高穿透远距离。
42.作为优选，超声波部件为低功耗超声波传感器2-4，内置stm8微处理器，低功耗模式运行；低功耗超声波传感器2-4是一种超声波数字传感器，由换能器及内置智能电路控制系统组成，非接触式测量探头表面到液体表面距离；采用全封闭结构，一体式铸造无逢隙，可保护探头及电路。
43.进一步的，控制器为低功耗mcu控制板1-6，内置stm32微处理器，低功耗模式运行；mcu即微控制单元(microcontroller unit)；
44.低功耗mcu控制板1-6与lora无线通讯模组1-7通过uart连接；低功耗mcu控制板1-6接收到低功耗超声波传感器上传1-7的液位值后，进行分析比对，相近两次数值变化量，超出设定液位变化阈值时或当前液位值超出设定上限或下限，自动唤醒lora模块，然后通过uart完成数据传送，实现数据无线上传；然后，所述低功耗mcu控制板自动转入低功耗运行模式。
45.低功耗mcu控制板1-6与低功耗超声波传感器2-4采用uart端口连接，数据传输采用ttl电平；低功耗mcu控制板1-6触发低功耗超声波传感器2-4，低功耗超声波传感器2-4被唤醒后转入正常工作模式，进行液位测量，数据通过uart传送至低功耗mcu控制板1-6，同时所述低功耗超声波传感器自动转入低功耗模式。
46.具体的，隔爆箱包括：固定连接的上防爆箱体1-1和下防爆箱体2-1，其结构可以参照图1和图2所示；作为优选，上防爆箱体1-1和下防爆箱体2-1接触面均设置折边，两者的折边通过固定螺丝固定连接；
47.其中，无线通讯部件和控制器设置于上防爆箱体1-1内，起到保护作用；防爆天线1-5设置于上防爆箱体1-1的顶部，便于无线通讯；超声波部件设置于下防爆箱体2-1的底部，便于测量液位。
48.作为优选，仪表本体还包括：防爆开关2-5，该防爆开关2-5连接于控制器，起到保护作用，满足石油井场防爆要求，其结构可以参照图1和图2所示；
49.隔爆箱设置有电池仓2-2，该电池仓2-2内的电池2-3连接于防爆开关2-5。采用电池供电，可更换，无需铺设供电线路。
50.进一步的，电池仓2-2设置于隔爆箱的外侧壁。其结构可以参照图1所示，具体可为电池仓2-2设置于下箱体2朝向外侧的一面，便于更换电池2-3操作。
51.本实用新型实施例提供的石油井场物联网泥浆无线超声波液位计，还包括：显示部件，该显示部件连接于控制器，其结构可以参照图2所示的仪表面oled显示屏1-3；
52.该显示部件设置于隔爆箱的顶部，便于值守人员查看，避免弯腰。
53.本实用新型实施例提供的石油井场物联网泥浆无线超声波液位计，还包括：设置于隔爆箱的顶部的防爆视窗1-2，以起到更好的保护作用；
54.显示部件为仪表面oled显示屏1-3，位于上防爆箱体的1-1的防爆视窗1-2内侧，该防爆视窗10-3优选采用5mm厚钢化玻璃。
55.本实用新型实施例提供的石油井场物联网泥浆无线超声波液位计。
56.下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
57.一种石油井场物联网泥浆无线超声波液位计，包括仪表本体、安装支架；仪表本体套在安装支架内并伸出一部分；仪表本体为隔爆箱体，包括上箱体、下箱体；上箱体1和下箱体2固定连接；上箱体包括上防爆箱体1-1、设置在上防爆箱体1-1的仪表面oled显示屏1-3、低功耗mcu控制板1-6、lora无线通讯模组1-7、设置在上防爆箱体1-1顶端的防爆视窗1-2和设置在上防爆箱体1-1顶部的报警器1-4、防爆天线1-5；上防爆箱体1-1的仪表面oled显示屏1-3设置在防爆视窗1-2内侧；下箱体2包括下防爆箱体2-1、设置在下防爆箱体2-1内的电池仓2-2、电池2-3、防爆开关2-5、设置在下防爆箱体2-1底部的低功耗超声波传感器2-4；仪表面oled显示屏1-3、报警器1-4、lora无线通讯模组1-7、低功耗超声波传感器2-4、防爆开关2-5均与低功耗mcu控制板1-6连接；电池2-3与防爆开关2-5连接用于给低功耗mcu控制板1-6供电，进而给仪表面oled显示屏1-3、报警器1-4、lora无线通讯模组1-7、低功耗超声波传感器2-4供电；防爆天线1-5与lora无线通讯模组1-7连接。
58.可选的，低功耗mcu控制板1-6采用stm32低功耗cpu，集成ldo电源管理模块、a/d输入输出模块、继电器输出模块、串口和485通信模块等；仪表面oled显示屏1-3选用显示屏尺寸1.54英寸、材料为pm oled、分辨率为128*64、工作电压为3.3v、显示区域35*17mm、像素间隔0.274*0.274mm、像素大小0.254*0.254mm。进一步的，低功耗mcu控制板1-6可按照设定的采集时间间隔进行自我唤醒。
59.低功耗超声波传感器2-4选用的是一种超声波数字传感器，直径65mm，高度100mm，由换能器及内置智能电路控制系统组成，非接触式测量探头表面到液体表面距离，其具有以下优点：1采用全封闭探头，一体式铸造无逢隙，可保护探头及电路；2采用回波分析处理技术，内置信号分析处理cpu系统，自动判断真假回波信号，保证数据真实可靠；3内置智能温度补偿电路。本实用新型的低功耗超声波传感器2-4的采集时间间隔、液位数据上传时间间隔等均可通过设置软件设定，用户可根据现场液位变化速度，设定对应数值，另外本实用新型还可进行液位变化量阈值设置，液位变化量超出设定阈值时，会触发低功耗超声波传感器2-4减少采集时间间隔，采集数据立即上传，实现数据采集和上传与液位变化速率相匹配，液位变化快时数据上传快，液位变化量在设定阈值范围内，设备按液位上传时间间隔上报数据，实现液位采集和数据传输智能化管理，在保证液位实时监控的前提下，提高电池使
用寿命。
60.lora无线通讯模组1-7采用低频半双工lora模块，工作频率398-525mhz，使用串口进行数据收发。lora具有功率密度集中，抗干扰能力强的优势，其通讯距离为2500m、工作电压为1.8-3.6v、发射功率为20dbm、数据接口为uart-ttl、通讯速率为1200-115200bps；电池优选的采用锂亚电池组，额定电压3.6v，电池容量38ah；报警器1-4采用防爆声光报警器，其防爆等级为exdeiibt6、输入电压为5v、工作电流为10ma。
61.优选的，上防爆箱体1-1和下防爆箱体2-1均为3mm-5mm的厚钢板制成，表面进行喷塑处理，一般情况下上防爆箱体1-1和下防爆箱体2-1采用3mm的厚钢板制作即可。
62.优选的，上箱体1和下箱体2接触面均设置折边；上箱体1的折边与下箱体2的折边通过固定螺丝固定连接。
63.优选的，电池仓2-2设置在下箱体2朝向外侧的一面；电池2-3放置在电池仓2-2内，电池仓2-2在朝外的一侧设有仓门，在更换电池时，只需要取下仓门的固定螺钉即可，无需拆除仪表本体，操作方便。电池2-3为锂亚电池组，额定电压7.2v。
64.进一步的，石油井场物联网泥浆无线超声波液位计配备参数设置软件，可无线设定液位报警上限、下限、液位变化阈值、液位采集时间间隔、通讯信道、空中速率等。
65.在使用本实用新型的石油井场物联网泥浆无线液位计时，首先将安装支架底部焊接在需要监测的罐顶，然后把仪表本体放入支撑架上即可，支撑架上设有磁性垫片，可将仪表紧紧吸住，拆除时，只需将仪表本体取出即可，安装支架无需拆除，这样，仪表本体可更换位置重复使用。
66.现有技术中，石油井场泥浆罐顶部有安全通道，值守人员沿该通道轮巡，泥浆液位仪表安装位置较低，目前使用的液位计显示在侧面，值守人员轮巡时，需弯腰从侧面查看。而本实用新型的仪表面oled显示屏1-3设置在上箱体的顶部，oled显示屏显示清晰醒目且位于正上方，井场值守人员巡查更方便快捷，无需弯腰查看。
67.本实用新型的工作流程如下：设备与上位机通过数据线连接，开启防爆开关2-5，设备上电，通过上位机软件完成设备参数设置，包括低功耗超声波传感器2-4采集时间间隔、数据上传时间间隔、液位报警上限和下限阈、液位数值变化量阈值等。低功耗mcu控制板1-6完成端口初始化，给低功耗超声波传感器2-4上电，开启液位采集，待传感器采集的数值发送给低功耗mcu控制板1-6，低功耗mcu控制板1-6分析接收到的液位数值，通过仪表面oled显示屏1-3显示罐液位和罐储量，同时判断液位数值是否超过预设的液位上下限阈值，若不在预设的上下限阈值范围内，则mcu控制板1-6发送报警信号给报警器1-4，报警器1-4报警，同时驱动lora无线通讯模组1-7实现数据上传；若液位数据在预设的上下限范围内，则进入低功耗状态，按照采集时间间隔延时等待，之后重新触发第二次采集，再次判断液位数值是否在预设的液位上下限阈值范围内，若在预设的上下限阈值范围内，则计算液位变化量，判断液位变化不在预设的液位变化阈值内，则驱动lora无线通讯模组1-7实现数据上传；液位数值在预设的上下限阈值范围内，并且液位变化量在预设的液位变化阈值内，mcu控制板1-6则按照预设的数据上传时间间隔驱动lora无线通讯模组1-7定时上传，每次定时上传前，低功耗mcu控制板1-6会检测电池电压，将电池电压数值一并上传，若电池电压低于额定值，同时触发报警器1-4报警。
68.综上所述，本实用新型公开了一种石油井场物联网泥浆无线超声波液位计，包括
上防爆箱体、防爆视窗、仪表面oled显示屏、低功耗mcu控制板、lora无线通讯模组、报警器、防爆天线、下防爆箱体、电池仓、电池、低功耗超声波传感器、防爆开关。仪表面oled显示屏、报警器、lora无线通讯模组、低功耗超声波传感器、防爆开关均与低功耗mcu控制板连接；电池与防爆开关连接；防爆天线与lora无线通讯模组连接。本方案可实现泥浆液位的非接触测量、本地显示罐液位及储液量、液位或储量超限报警、液位采集无线传输及智能化管理等功能，设备自带电池供电、现场无需外接电源，操作简单且仪表本体安装拆除方便快捷，适用于石油井场搬迁移动频繁的作业环境。
69.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
70.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。