一种天然气井监控系统的制作方法

本实用新型属于数据自动采集以及控制设备技术领域，具体涉及一种天然气井监控系统。

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地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，这样既耗费大量的人力、物力和时间，又存在安全隐患。随着电子技术的飞速发展，尤其是嵌入式迅猛发展，嵌入式系统被广泛应用到气井监控和数据传输。嵌入式系统是以计算机应用为核心，以计算机技术最为基础，软硬件可裁剪，能够满足系统对成本、体积、功耗、可靠性、功能等方面需求的专业计算系统。

天然气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，这样既耗费大量的人力、物力和时间，又存在安全隐患。本套系统可以自动采集实施生产数据，并且通过3G方式上传。这样就不需要人工巡检了，只需在上位机平台上就可以看到天然气井的各种参数，从而大大减少了人力、物力和时间的消耗。此外，本系统还具有误闯报警功能，对误闯气井区域的人员经行语音报警，并拍摄照片上传到上位机平台，然后及时做出应对措施，大大提高了气井的安全性，避免了不必要的损失。同时，现有技术中监控系统不好直接安放于井内或者箱体里，使用不方便。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能及时监测天然气井内情况、同时节省人力、物力的天然气井监控系统；同时，安装拆卸方便，使用性能比较稳定。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种天然气井监控系统，包括壳体，所述壳体内设有电路板，所述电路板上设有处理器，所述处理器的输入端和输出端分别连接有电源模块和语音播报模块；

所述处理器为工业级芯片；

还包括一数据采集模块，所述数据采集模块与所述处理器的输入端连接；

所述壳体包括上壳和底板，所述电路板设置于所述上壳与底板构成的壳体内，且所述电路板与上壳和底板的连接处均设有橡胶垫；

所述底板远离上壳的一面设有卡槽，所述卡槽端部设有挡板，所述卡槽远离挡板的一端设有卡扣；所述卡扣用于调节所述卡槽远离挡板端的宽度。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述卡扣包括弹片和设置于弹片上的弹簧，所述弹簧一端安装于所述卡槽的侧壁，另一端与所述弹片连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述数据采集模块包括压力传感器、温度传感器、流量传感器以及摄像头，所述压力传感器、温度传感器、流量传感器分别设于天然气井内的管道上，所述摄像头设置于所述天然气井内以及天然气井口出；所述压力传感器、温度传感器、流量传感器以及摄像头均与所述处理器的输入端连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括一迟滞比较器，所述迟滞比较器通过电源模块与所述处理器连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述语音播报系统包括本地音频模块和远程音频模块，所述本地音频模块和远程音频模块均与一音频叠加模块的输入端连接，所述音频叠加模块的输出端与所述处理器连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述音频叠加模块采用MAX606进口芯片构成。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括一用于开启和断开所述天然气井内管道的截止阀，所述截止阀通过驱动模块与所述处理器的输出端连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述电路板上还设有网口模块、USB 模块、JTAG模块和3G/4G模块，所述网口模块、USB模块、JTAG模块和3G/4G 模块均与所述处理器连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述天然气井口处还设有红外感应器，所述电路板上设有与所述红外感应器配合使用的红外线接收模块，所述红外线接收模块还与所述处理器连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述天然气井口处还设有报警模块，所述报警模块与所述处理器连接。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用压力传感器、温度传感器、流量传感器以及摄像头等数据采集装置，并将其发送给处理器，使得系统能够及时、快速、准确得到天然气井内的情况，并根据采集的数据判断井内以及井区是否有异常，提高安全性能。

本实用新型具有节省人力、物力和财力的特点，且本实用新型使用方便、安全。

本实用新型的监控系统，通过橡胶垫，有效保护了壳体内的电路板，即在大风环境或者野外的恶劣环境下，内部电路板仍然可以稳定工作，不会因为震动太大而损坏元器件。

附图说明

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。

图1为本实用新型提供的一种天然气井监控系统的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种天然气井监控系统的电路原理图；

图3为本实用新型提供的底板的结构示意图；

图4为本实用新型提供的图3中A的局部放大图；

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、壳体；101、上壳；102、底板；2、电路板；3、处理器；4、电源模块；5、语音播报系统；501、本地音频模块；502、远程音频模块；6、数据采集模块；601、压力传感器；602、温度传感器；603、流量传感器；604、摄像头；7、橡胶垫；8、音频叠加模块；9、截止阀；10、驱动模块；11、红外线接收模块；12、网口模块；13、USB模块；14、JTAG模块；15、3G/4G 模块；16、报警模块；17、第一隔离器；18、第二隔离器；19、第三隔离器； 20、第四隔离器；21、迟滞比较器；22、卡槽；23、挡板；24、卡扣；25、弹片；26、弹簧；27、通风口。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参照附图1-4所示，本实用新型提供的一种天然气井监控系统，包括壳体1，所述壳体1内设有电路板2，所述电路板2上设有处理器3，所述处理器3的输入端和输出端分别连接有电源模块4和语音播报模块5；

其中，处理器3采用工业级芯片，系统更加稳定，更适合于野外的恶劣环境。

还包括一数据采集模块6，所述数据采集模块6与所述处理器3的输入端连接；

具体地，所述壳体1包括上壳101和底板102，所述电路板2设置于所述上壳101与底板102构成的壳体1内，且所述电路板2与上壳101和底板 102的连接处均设有橡胶垫7；橡胶垫7的作用是防震动，在电路板2与壳体1底部之间，加了一层橡胶垫7，使壳体1剧烈晃动时，电路板2能够在橡胶垫7上缓冲，从而防震。

所述底板102远离上壳101的一面设有卡槽22，所述卡槽22端部设有挡板23，所述卡槽22远离挡板23的一端设有卡扣24；所述卡扣24用于调节所述卡槽22内的宽度。一般使用中，会将壳体1卡于某一电线杆或者管道等结构上，此时，可以在电线杆或者箱体上配设导轨，当导轨安装到卡槽 22里时，挡板23回落，将导轨固定于卡槽内，避免其掉落，同时也使得壳体1固定在导轨上。

具体地，使用时，所述卡扣24包括弹片25和设置于弹片25上的弹簧 26，所述弹簧26一端安装于所述卡槽22的侧壁，另一端与所述弹片25连接。使用时，通过扳动弹片25，改变弹簧26的长度，即可调节卡槽22远离挡板23端的宽度，方便使用不同宽度的导轨，进而节约资源，扩大了适用范围。

进一步地，所述壳体1上还可以开始对流的通风口27，通过设置通风口27，可以对电路板2进行散热，保护电路板2，避免长久使用对电路板2 的损伤。

进一步地，所述数据采集模块6包括压力传感器601、温度传感器602、流量传感器603以及摄像头604，所述压力传感器601、温度传感器602、流量传感器603分别设于天然气井内的管道上，所述摄像头604设置于所述天然气井内以及天然气井口出；所述压力传感器601、温度传感器602、流量传感器603以及摄像头604均与所述处理器3的输入端连接；

使用中，上壳101和底板102可以通过螺栓、卡接等连接方式。

处理器3采用工业级芯片，其具有强大的功能，可以实现对油气井生产过程的管理所有功能。一般为了配合油田在恶劣环境下的正常工作，该芯片是工业级芯片，即正常运行参数符合工业级参数，比如工作环境温度在-70°到50°之间等。可以在恶劣的气候条件下正常运行。普通芯片不能够满足要求。工业级芯片和普通芯片的主要区别在于，工业级芯片无论是在储存参数还是工作参数范围均比普通芯片大。例如普通芯片工作温度一般在0°— 40°，但是工业级芯片一般在-50°到120°之间。例如申请中后面使用的 MAX660工作温度在-40到85°。

本申请中，所述电源模块4内设有迟滞比较器(21)。实际工作中，太阳能供电的电压并不稳定，电路板2在电压不稳定的情况下，容易造成整个系统不能正常工作，甚至毁坏电路板2。为了能保证电路板2的稳定工作，加入迟滞比较器21的电源设计方案，保证电路板2工作在稳定的电压范围。迟滞比较器21直接接电源模块4输入，当电压高于某一值时，改迟滞比较器21先给电路板2断电，电压持续增高，整个电路板2将断电。同理在电压低于某一值时，电路板2先断电，电压持续降低，整个电路板2将整体断电。

具体地，所述语音播报系统5包括本地音频模块501和远程音频模块502，所述本地音频模块501和远程音频模块502均与一音频叠加模块8的输入端连接，所述音频叠加模块8的输出端与所述处理器3连接。

其中，频叠加模块8采用MAX606进口芯片，可以进行双路无干扰音频输出。语音播报系统5包含两路音频信号，这两路信号包括本地音频501 和远程音频502，两路音频如果采用两个运放播放，会产生比较大的干扰，本实用新型增加了音频叠加模块8，通过max660，将两路音频合为一路，这样用一路运放，能稳定的输出音频信号，并节约很大的成本。

进一步地，为了方便控制管路，还包括一用于开启和断开所述天然气井内管道的截止阀9，所述截止阀9通过驱动模块10与所述处理器3的输出端连接。通过上述的设计，使得处理器3通过得知流量的情况下，可以调整是否需要管道内的天然气继续流动。

进一步地，所述电路板2上还设有红外线接收模块11、网口模块12、 USB模块13、JTAG模块14和3G/4G模块15，所述红外线接收模块11、网口模块12、USB模块13、JTAG模块14和3G/4G模块15均与所述处理器3 连接。

为了及时监控安全，所述天然气井口处还设有报警模块16，所述报警模块16与所述处理器3连接。处理器3可以根据采集的视频、流量、温度等等进行多方面的监控。

具体使用者中，所述壳体1上设有四个RS-232/RS-485串口，所述压力传感器601、温度传感器602、流量传感器603以及摄像头604分别通过四个所述RS-232/RS-485串口与所述处理器3连接。

为了保护数据采集模块6，还包括第一隔离器17、第二隔离器18、第三隔离器19和第四隔离器20，所述压力传感器601、温度传感器602、流量传感器603以及摄像头604分别通过第一隔离器17、第二隔离器18、第三隔离器19和第四隔离器20与四个所述RS-232/RS-485串口分别连接。上述的隔离器是一种采用线性光耦隔离原理，将输入信号进行转换输出。输入，输出和工作电源三者相互隔离，特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。隔离器又名信号隔离器，是工业控制系统中重要组成部分。隔离器新国家标准的制订由重庆宇通仪表主持起草。由于数据采集模块使用中，多个传感器等它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成"接地环路"造成信号传输过程中失真。通过隔离器，保证使用安全。

进一步地，可以连接上位机，然后处理器与上位机之间通讯连接，工作人员可以通过上位机对天然气井中的一些操作进行设置和控制，与上位机的通讯方面，数据通过MD5加密算法加密，保证数据传输的安全性。其中，MD5 加密算法，是对每一个井口节点ID的加密，防盗加密，防止ID被篡改，以保证生产数据的安全性。该算法直接在程序中运行。其中，MD5加密算法浏览器中直接转换的。具体是程序中使用转换后的ID对每一个井口节点命名。

使用本实用新型时，通过直接开启处理器，然后各模块以及传感器等开始工作，并将检测的数据等发送给处理器，通过处理器进行数据处理和分析，进而达到监控的目的。同时，在井口处设有红外感应器，当有人闯入时，经过红外探射感应，启动摄像头开始现场拍照。

本实用新型只需在上位机平台上就可以看到天然气井的各种参数，从而大大减少了之前人力去每个井口读取数据的人力、物力和时间的消耗。此外，本系统还具有误闯报警功能，通过摄像头以及语音播报模块，可以对误闯气井区域的人员经行语音报警，并拍摄照片上传到上位机平台，然后及时做出应对措施，大大提高了气井的安全性，避免了不必要的损失。

本实用新型的壳体1，不仅能够满足大风等剧烈活动时的应用，能够始终保证电路板2的稳定性；在降温方面，其通风口27可以有效降温；在与其它东西固定方面，通过卡槽22以及卡扣24，既能保证导轨或者电线杆等进入卡槽，还能通过卡扣24调节卡槽宽度。当适用于电线杆等杆体时，可以不用挡板23挡住；而当使用于箱体内时，可以通过在箱体内设置导轨，导轨滑入卡槽22，然后挡板23挡住，弹片25以及弹簧26调节卡槽22宽度的功能。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。