[0001] 本实用新型涉及钻井井场控制技术领域，具体地说，涉及一种钻井井场智能网关系统。

[0002] 钻井井场为钻井采油的生产场地。目前，现有技术(CN112543429A)公开了一种具备自主决策功能的可配置边缘计算网关、现有技术(CN112468316A)公开了一种边缘计算网
关装置及其实现方法、现有技术(CN112311662A)公开了一种智慧油田边缘计算网关。

[0003] 但是，上述现有技术都没有解决钻井现场数据接口不一致，采集集成度差等问题。

[0004] 针对现有技术的问题，本实用新型提供了一种钻井井场智能网关系统。实用新型内容

[0005] 为解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种钻井井场智能网关系统，所述系统包含：系统级芯片、远程控制电路、电源以及图形化显示屏，其中，所述远程控制电路与
所述系统级芯片连接，用于接收远程指令；所述电源与所述系统级芯片连接，用于为所述系
统级芯片供电；所述图形化显示屏与所述系统级芯片连接，用于显示钻井现场的实时参数
以及故障信息。

[0006] 根据本实用新型的一个实施例，所述系统包含：内存管理芯片，其集成在所述系统级芯片，用于对系统内存进行管理。

[0007] 根据本实用新型的一个实施例，所述内存管理芯片包含：中央处理器，其用于管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件
机制的内存访问授权。

[0008] 根据本实用新型的一个实施例，所述系统包含：数字信号处理器，其与所述系统级芯片连接，用于进行数字信号处理运算。

[0009] 根据本实用新型的一个实施例，所述系统包含：模数转换器，其与所述系统级芯片连接，用于将模拟信号转换至数字信号。

[0010] 根据本实用新型的一个实施例，所述系统包含：通用输入输出芯片，其与所述系统级芯片连接，用于在没有足够I/O端口，或需要采用远端串行通信或控制时，提供额外的控
制和监视功能。

[0011] 根据本实用新型的一个实施例，所述系统包含：时钟电路，其与所述系统级芯片连接，用于为所述系统级芯片提供时钟信号。

[0012] 根据本实用新型的一个实施例，所述系统包含：安全阀电路，其与所述系统级芯片连接，用于防止程序发生死循环。

[0013] 根据本实用新型的一个实施例，所述电源包含：不间断电源，其为备用电源，用于为系统内的所有设备提供断电续航。

[0014] 根据本实用新型的一个实施例，所述系统包含：不间断电源控制芯片，其与所述不间断电源连接，用于分配系统运行时间、数据传输联网时间，实现在发生故障情况下密集数
据采集传输，正常情况下按照预设时间进行合理调配。

[0015] 本实用新型提供了一种钻井井场智能网关系统，实现针对钻井现场运行数据的一体化、便捷化采集；设备设置在现场，可以快速接收现场数据以便于后续分析处理；系统级
芯片集成有内存管理芯片，结构设计优化，可以实现内存管理；电源解决了钻井现场经常搬
家断电造成的数据缺失，保障运行稳定。

[0016] 本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过
在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

[0021] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细说明。

[0022] 现有技术(CN112543429A)公开了一种具备自主决策功能的可配置边缘计算网关，包括：通信模块，用于根据网络边缘设备的类型配置相应的通信方式，对网络边缘设备进行
数据采集,并将处理后的数据传输至云计算中心；核心控制模块，用于对采集的数据进行预
处理；强化学习模块，用于对预处理后的数据进行强化学习，获得最优控制策略并下发给网
络边缘设备；存储模块，用于进行数据存储；电源模块，用于为可配置边缘计算网关供电。但
是，现有技术(CN112543429A)重点实现对网络边缘设备进行控制，按照边缘计算网关处理
分析的结果，生成控制策略，以便对下级边缘设备进行控制信息输出。电源模块，只是单纯
提供供电，不涉及钻井井场智能网关的结构设计。

[0023] 现有技术(CN112468316A)公开了一种边缘计算网关装置及其实现方法，涉及物联网技术领域，旨在解决现有边缘计算网关功能扩展受限、升级代价高的问题。该边缘计算网
关装置，包括：网关服务模块和子服务模块，其中网关服务模块用于提供网关服务，子服务
模块用于实现业务功能；网关服务模块，包括云端通信单元、子设备管控单元、子服务管理
单元；云端通信单元用于与服务器进行通信，子设备管控单元用于管理和控制接入的子设
备，子服务管理单元用于在子服务模块安装子服务；子服务包括基础子服务和实现不同业
务功能的业务子服务。但是，现有技术(CN112468316A)重点实现了云端数据通讯和服务功
能，不涉及钻井井场智能网关的结构设计。

[0024] 现有技术(CN112311662A)公开了一种智慧油田边缘计算网关，包括电源模块、主控模块、数据采集模块、无线通信模块和故障识别模块。其中，电源模块用于各子模块供电；
主控模块，用于接收数据采集模块和故障识别模块的数据并进行处理分析，同时用于对故
障识别模块算法参数和控制信息的设置；数据采集模块，用于采集多个现场传感设备收集
到的数据；故障识别模块，基于深度学习技术用于自动识别油井的故障状况；无线通信模
块，用于将故障信息无线传输至云端服务器。但是，现有技术(CN112311662A)主要用于油井
的数据采集和故障处理，不涉及钻井井场智能网关的结构设计。

[0025] 图1显示了根据本实用新型的一个实施例的一种钻井井场智能网关系统。

[0026] 一种钻井井场智能网关系统包含：系统级芯片1、远程控制电路、电源22、图形化显示屏。

[0027] 系统级芯片1提供硬件基础，在实际应用中，结合现有的软件模型，可以为智能控制及预警提供支持。在一个实施例中，系统级芯片1采用SOC芯片，包含现有的完整预设系统
并有现有的嵌入软件的全部内容。

[0028] 远程控制电路与系统级芯片1连接，可以接收远程指令，支持远程端进行远程监控、远程控制以及远程升级优化。具体来说，远程控制电路包含扩展口7，扩展口7支持远程
无线通讯，能够与远程无线网络接口26进行远程无线通讯，还能够与物联网接口25进行远
程无线通讯。在一个实施例中，远程无线网络接口26为1路4G/5G全网通接口。物联网接口25
为低功耗超长距离物联网(LORA/NB‑IOT)接口。

[0029] 电源22与系统级芯片1连接，用于进行供电。具体来说，电源包含：不间断电源以及不间断电源控制芯片。不间断电源为备用电源，用于为系统内的所有设备提供断电续航。在
一个实施例中，不间断电源采用UPS。不间断电源控制芯片与不间断电源连接，用于分配系
统运行时间、数据传输联网时间，实现在发生故障情况下密集数据采集传输，正常情况下按
照预设时间进行合理调配。在一个实施例中，不间断电源控制芯片通过植入现有的控制程
序，自动分配网关运行时间、数据传输联网时间，保障运行时效。实现在发生故障情况下密
集数据采集传输，正常情况下按照时间进行合理调配。不间断电源控制芯片通过现有的算
法模型，实现数据传输、信号相应不间断，并智能阶梯式判断网关休眠和启动间隔，最大限
度保障运行时长。进一步地，不间断电源控制芯片采用UPS控制芯片。

[0030] 图形化显示屏与系统级芯片1连接，用于显示钻井现场的实时参数以及故障信息。具体来说，设计不同尺寸的显示终端，进行模型配置，网络参数设置，并直观展示信号强度，
通讯质量等。图形化显示屏能够运行带有图形化展示软件，便于安装和后期运维。在一个实
施例中，图形化显示屏采用LED显示屏。

[0031] 在一个实施例中，系统包含内存管理芯片MMU，其集成在系统级芯片1，用于对系统内存进行管理。具体来说，内存管理芯片包含：中央处理器CPU，其用于管理虚拟存储器、物
理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访
问授权。

[0032] 在一个实施例中，系统包含数字信号处理器3，其与系统级芯片1连接，用于进行数字信号处理运算。在一个实施例中，数字信号处理器采用DSP芯片，适合于进行数字信号处
理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。在一个实施例
中，系统包含音视频接口13，用于连接数字信号处理器3。具体来说，系统包含预留的音频视
频接口13。

[0033] 在一个实施例中，系统包含模数转换器2，其与系统级芯片1连接，用于将模拟信号转换至数字信号。在一个实施例中，模数转换器2采用ADC模/数转换器，将连续变化的模拟
信号转换为离散的数字信号。在一个实施例中，系统包含AI接口12，用于连接模数转换器2。
具体来说，系统包含5路4‑20mA的AI接口。

[0034] 在一个实施例中，系统包含通用输入输出芯片4，其与系统级芯片1连接，用于在没有足够I/O端口，或需要采用远端串行通信或控制时，提供额外的控制和监视功能。在一个
实施例中，通用输入输出芯片4采用GPIO通用输入/输出，当微控制器或芯片组没有足够的
I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视
功能。在一个实施例中，系统包含DO继电器接口14，用于连接通用输入输出芯片4。具体来
说，系统包含8路DO继电器接口。在一个实施例中，系统包含DI接口15，用于连接通用输入输
出芯片4。具体来说，系统包含12路DI接口。

[0035] 在一个实施例中，系统包含时钟电路5，其与系统级芯片1连接，用于为系统级芯片1提供时钟信号。在一个实施例中，时钟电路5采用RTC/Timer时钟电路，系统时钟每一个CPU
周期加1，每次系统时钟在系统初起时通过RTC/Timer初始化。

[0036] 在一个实施例中，系统包含安全阀电路20，其与系统级芯片1连接，用于防止程序发生死循环。在一个实施例中，安全阀电路20采用看门狗及复位电路，是一个定时器电路，
防止程序发生死循环。

[0037] 在一个实施例中，系统包含UART串口6，在现场配置调试，用于底层调试连接调试口23。具体来说，调试口23为1路DB9 RS232调试口。在一个实施例中，系统包含ZIGBEE接口
10以及RS485接口11，用于连接UART串口6。具体来说，系统包含1路ZIGBEE接口以及4路
RS485接口。本实用新型通过现场通讯诊断及上报功能，解决钻井现场网络运维不及时的问
题。

[0038] 在一个实施例中，系统包含USB 8，用于连接外部的USB设备。

[0039] 在一个实施例中，系统包含以太网接口9，用于上行通讯的有线通讯，以连接以太网网口27。具体来说，以太网网口27为1路RJ45网口。

[0040] 在一个实施例中，系统包含Nor Flash 16、SDRAM 17、SRAM 18，通过串口19与系统级芯片1连接，用于存储系统数据。

[0041] 在一个实施例中，系统包含拨码控制端21，用于进行拨码控制。

[0042] 在一个实施例中，系统包含外围接口状态指示灯24，用于在现场配置调试时进行状态展示，展示外围接口的状态。

[0043] 本实用新型具备丰富的通讯接口，兼容各种协议，解决钻井现场数据接口不一致，采集集成度差，供电控制等问题。因此，本实用新型提供的一种钻井井场智能网关系统可以
解决以下问题：解决面向石油钻井现场装备运行数据的采集问题；能够兼容各类型钻井装
备数据接口；不间断电源控制芯片实现基于判断规则和算法的供电；上行通讯支持不同模
式，有线、无线(4G\5G\433Mhz数传\网桥)，兼容不同传输协议(MQTT\ORACLE接口)。

[0044] 综上，本实用新型提供了一种钻井井场智能网关系统，实现针对钻井现场运行数据的一体化、便捷化采集；设备设置在现场，可以快速接收现场数据以便于后续分析处理；
系统级芯片集成有内存管理芯片，结构设计优化，可以实现内存管理；电源解决了钻井现场
经常搬家断电造成的数据缺失，保障运行稳定。

[0045] 应该理解的是，本实用新型所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应
当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

[0046] 在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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
理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0047] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本
领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0048] 说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一
个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

[0049] 本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易
见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的
普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

[0050] 虽然本实用新型所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技
术人员，在不脱离本实用新型所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节
上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定
的范围为准。