一種基於LORA無線網絡的石油荷載儀的製作方法
2023-12-09 18:58:41
本實用新型涉及一種基於LORA無線網絡的石油荷載儀，涉及到石油生產設備監測領域。
背景技術：
目前對石油生產設施建設的重視和關注，監管部門對於生產期間設備的工作效率、監測的要求也有所提高，其中對抽油杆的荷載監測需求隨之而產生。其監測方法是：對抽油機懸點載荷隨其位移變化規律的圖形稱為示功圖，它是示功儀在抽油機一個抽吸周期內測取的封閉曲線。通過對示功圖的分析、計算可判斷抽油機的狀態及工作效率情況。
傳統的對抽油杆的監測系統發展較早，有一定的使用範圍，其主要工作原理是：將抽油杆套裝一個應變式測力傳感器，並通過配套的採集儀採集測力傳感器的數據變化，從而實現抽油杆荷載的監測。採集到數據後，通過ZIGBEE、GPRS等無線通信方式進行數據傳輸。
上述傳統監測系統實現存在以下的不足：
首先傳統監測系統安裝難度較高，傳統的測量傳感器採用環形設計，安裝時需要將抽油杆與總杆拆開後方將傳感器套入在抽油杆上，通過傳感器直接承壓的方式進行測量。安裝時需要抽油機暫停工作才能進行安裝、維修，存在局限性。且由於傳統監測系統使用的傳感器屬於電阻應變式原理，存在漂移及蠕變，需要定期標定、補償傳感器測量數據，因而難以滿足抽油杆長時間、連續測量的要求。
在數據傳輸方面，傳統監測方法採用ZIGBEE、GPRS方式進行傳輸，但ZIGBEE在石油油井環境下的通信距離、可靠性存在不足。GPRS在功耗控制、單個產品的成本上也存在不足。
綜上所述，傳統的監測在安裝複雜度、系統穩定性、數據傳輸等方面存在一定的局限性，難以滿足特定工況下的要求。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種基於LORA無線網絡的石油荷載儀，利用振弦傳感器採集抽油杆的荷載變化，並通過採集電路對振弦傳感器數據進行採集，並通過LORA網絡進行數據傳輸，實現了對抽油杆的荷載監測功能。
本實用新型為了實現上述目的，採用如下技術方案：
一種基於LORA無線網絡的石油荷載儀，它包括振弦傳感器、採集電路、LORA模塊、LORA網關、網絡伺服器；
振弦傳感器與採集電路連接，採集電路與LORA模塊連接，LORA模塊與LORA網關連接，LORA網關與網絡伺服器無線連接；
振弦傳感器作為抽油杆的荷載測量，通過採集電路對振弦傳感器進行數據採集，採集的數據通過LORA模塊進行傳輸。
石油荷載儀採集到的數據通過LORA網絡傳輸至LORA網關，網關管理多個石油荷載儀的數據收發情況，LORA網關通過網絡將所有數據上傳至網絡伺服器。
荷載監測儀內部設計有振弦採集電路，實現振弦採集的基本原理和方案是：微型控制器控制採集電路產生一系列的脈衝激勵信號，使得振弦類傳感器內部鋼弦產生自由振蕩，由鋼弦自由振蕩產生的振弦信號經過放大電路、濾波電路後，輸入到模擬數字轉換器中進行數值化採集，微型控制器通過對數值化採集的數據進行計算，得到振弦傳感器的頻率參數，以實現振弦數據採集的功能。
為了測量準確，就需要對兩個傳感器同步採集，荷載監測儀內部設計雙路振弦採集電路，其實現方案是：設計兩路獨立的採集、控制電路，以實現兩路傳感器的同步測量，即同時對安裝在抽油杆的兩個傳感器同步測量。
本實用新型的有益效果：
本實用新型滿足了安裝的要求，同時荷載監測儀內部設計有振弦同步採集電路、無線通信電路，滿足了測量要求。通過微型控制器的自動控制，可實現雙路振弦傳感器採集，並通過無線進行傳輸。
附圖說明
圖1為本實用新型的結構框圖；
圖2為本實用新型的安裝示意圖；
圖2中 ：21是荷載儀；4是lora網關。
圖3為本實用新型的LORA模塊的電路圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型進行詳細描述：
一種基於LORA無線網絡的石油荷載儀，它包括振弦傳感器1、採集電路2、LORA模塊3、LORA網關4、網絡伺服器5；
振弦傳感器1與採集電路2連接，採集電路2與LORA模塊3連接，LORA模塊3與LORA網關4連接，LORA網關4與網絡伺服器5無線連接；
振弦傳感器1作為抽油杆的荷載測量，通過採集電路2對振弦傳感器進行數據採集，採集的數據通過LORA模塊3進行傳輸。
石油荷載儀採集到的數據通過LORA網絡傳輸至LORA網關4，網關管理多個石油荷載儀的數據收發情況，LORA網關4通過網絡將所有數據上傳至網絡伺服器5。
荷載監測儀內部設計有振弦採集電路，實現振弦採集的基本原理和方案是：微型控制器控制採集電路產生一系列的脈衝激勵信號，使得振弦類傳感器內部鋼弦產生自由振蕩，由鋼弦自由振蕩產生的振弦信號經過放大電路、濾波電路後，輸入到模擬數字轉換器中進行數值化採集，微型控制器通過對數值化採集的數據進行計算，得到振弦傳感器的頻率參數，以實現振弦數據採集的功能。
為了測量準確，就需要對兩個傳感器同步採集，荷載監測儀內部設計雙路振弦採集電路，其實現方案是：設計兩路獨立的採集、控制電路，以實現兩路傳感器的同步測量，即同時對安裝在抽油杆的兩個傳感器同步測量。
為滿足無線傳輸的要求，舉例方案是：LSD4WN-2N717M91，其是一款LoRaWAN End Node模塊，隸屬於LSD4WN-2Nxxxxxx系列產品線。本模塊集成了LoRaWANTM協議棧，符合LoRa Alliance發布的LoRaWANTM Specification 1.01 Class A標準，支持CLAA對LoRaWAN的應用擴展。硬體支持433~510MHz超寬頻段（使用不同頻段時，需要選擇合適天線）。模塊採用串行接口與用戶設備進行數據、指令交互，可以方便地為用戶提供快速LoRaWAN網絡接入和無線數據等業務。LSD4WN-2N717M91模塊具有功耗低、傳輸距離遠、抗幹擾能力強，適用於多種應用場合：物聯網低功耗應用(IoT)、自動抄表、智慧城市、工業自動化、智能家居等。
安裝方式：將荷載監測儀安裝固定於抽油杆上，安裝完畢後調整天線角度和位置。
打開荷載監測儀的電源開關，此時採集模塊自動獲取無線網絡地址，並進行數據通信。
通過在無線管理端可設置荷載監測儀的採集間隔、採集方式等參數，啟動後，荷載監測儀可實現自動測量、無線傳輸功能。