油氣田站場的控制系統和方法
2024-01-27 02:05:15 2
專利名稱：油氣田站場的控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及油氣田領域，具體而言，涉及一種油氣田站場的控制系統和方法。
背景技術：
在油氣田站場，需要監控很多與生產有關的設備，比如溫度、壓力、流量以及閥門的開啟狀態等，目前，往往採用SCADA系統來完成這一系列的工作。在油氣田站場設置 SCADA機櫃，機櫃內部包含IO採集模塊，IO採集模塊通過電纜連接現場儀表，通過電纜接收現場設備的數據和輸出控制現場設備的信號。但是，在油氣田站場的設備一般很多，而且離RTU機櫃較遠，需要大量的電纜從室外的現場設備上鋪設到中控室的SCADA機櫃中，導致建設期產生大量的材料成本及施工成本，在後期維護的過程中，由於線頭密集，對問題排查及更新維護均帶來了很多不便。針對相關技術中油氣田站場中現場設備的監控成本高、維護不便的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種油氣田站場的控制系統和方法，以解決油氣田站場中現場設備的監控成本高、維護不便的問題。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種油氣田站場的控制系統。根據本發明的油氣田站場的控制系統包括控制終端和多個採集端，其中，多個採集端中的任一採集端用於採集油氣田站場設備的工作參數，並將工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由發送至控制終端，其中，中間路由包括多個採集端中的其他任意一個或多個採集端；以及控制終端用於根據工作參數生成控制信號，以及將控制信號通過無線網絡直接或經由中間路由發送至任一採集端，其中，任一採集端還用於將控制信號發送給油氣田站場設備。進一步地，任一採集端包括路由選擇模塊，用於確定中間路由所包括的採集端， 以使任一採集端與控制終端之間進行數據傳輸的距離最短或時間最短。進一步地，根據本發明的油氣田站場的控制系統還包括人機互動界面，與控制終端相連接，用於顯示控制終端接收到的工作參數以及接收操作員輸入的控制信號。進一步地，控制終端為RTU控制單元，設置於RTU機櫃中。
進一步地，多個採集端分別置於防爆接線箱中。進一步地，多個採集端上分別設置有防雷擊裝置。為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了一種油氣田站場的控制方法。根據本發明的油氣田站場的控制方法包括油氣田站場的多個採集端中的任一採集端採集油氣田站場設備的工作參數；任一採集端將工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由發送至油氣田站場的控制終端，其中，中間路由包括多個採集端中的其他任意一個或多個採集端；控制終端根據工作參數生成控制信號；控制終端將控制信號通過無線網絡直接或經由中間路由發送至任一採集端；以及任一採集端將控制信號發送給油氣田站場設備。進一步地，任一採集端將工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由發送至油氣田站場的控制終端之前，該方法還包括任一採集端確定中間路由所包括的採集端，以使任一採集端與控制終端之間進行數據傳輸的距離最短或時間最短。進一步地，任一採集端將工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由發送至油氣田站場的控制終端之後，該方法還包括油氣田站場的人機互動界面顯示控制終端接收到的工作參數；以及人機互動界面接收操作員輸入的控制信號。通過本發明，採用包括以下部分的油氣田站場的控制系統該系統包括控制終端和多個採集端，其中，任一採集端採集油氣田站場設備的工作參數，並將工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由(即其他任意一個或多個採集端)發送至控制終端；以及控制終端根據工作參數生成控制信號，以及將控制信號通過無線網絡直接或經由中間路由發送至任一採集端，解決了油氣田站場中現場設備的監控成本高、維護不便的問題，能夠實現油氣田站場中現場設備與控制終端的無線通信，減少了有線通信的材料成本，方便人力維護，減少現場設備的問題排查和維護的工作量，並且，在通信過程中，多個採集端既可作為終端直接分別與控制終端通信，也可在某一採集端與控制終端由於環境或其他因素不能直接通信時作為中間路由實現該某一採集端與控制終端的通信，從而保證了無線通信的可靠性。
構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據本發明第一實施例的油氣田站場的控制系統的示意圖；圖2是根據本發明第二實施例的油氣田站場的控制系統的示意圖；圖3是根據本發明第三實施例的油氣田站場的控制系統的示意圖；圖4是根據本發明第四實施例的油氣田站場的控制系統的示意圖；以及圖5是根據本發明實施例的油氣田站場的控制方法的流程圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。首先介紹本具體實施方式
提供的油氣田站場的控制系統。圖1是根據本發明第一實施例的油氣田站場的控制系統的示意圖，如圖1所示，該控制系統包括多個採集端，圖中僅以其中一個採集端10為例，該採集端10的第一端經由電纜與油氣田站場的現場設備20相連接，用於採集現場設備20的工作參數；以及控制終端 30，經由無線網絡與採集端10的第二端相連接，用於接收現場設備20的工作參數，根據現場設備20的工作參數生成控制信號，以及將控制信號經由採集端10發送給現場設備20。在該實施例中，油氣田站場內的採集端10與現場設備20通過電纜線相連接，以採集現場設備20的工作參數。採集到的參數經過採集端處理後形成數據，通過無線網絡直接與遠程的控制終端30通信，將採集到的工作參數發送至控制終端30，以供控制終端30進行分析處理，生成控制信號，經由採集端10將該控制信號傳回現場設備20，達到控制現場設備20的目的。其中，採集端可以為集控制與通信與一體的終端，也可以為包括控制端和輸入輸出卡的系統。採用該實施例提供的油氣田站場的控制系統，採集端與遠程終端直接通過無線網絡通信，在遠程終端控制油氣田站場中現場設備時，無需大量布線，減少電線電纜，從而節約了材料成本、施工成本以及後期維護的人力成本，同時，在後期的維護過程中，由於採用了無線網絡，很容易定位到問題設備，也大大減少問題排查及維護的工作量。優選地，該油氣田站場的控制系統還包括人機互動界面40，與控制終端30相連接，用於顯示控制終端接收到的工作參數以及接收操作員輸入的控制信號。此外，人機互動界面40的基本功能還包括與控制終端30進行數據交互、顯示數據計算、數據儲存、圖形圖像支持、數據排列組合、數據圖形化、第三方接口支持、報表生成與列印支持等等。採用該優選實施方式，控制終端30接收到現場設備20的工作參數時，操作員輸入查詢參數的控制信號後，人機互動界面40能夠向操作員顯示具體參數，以便操作員根據實際參數輸入控制現場設備的控制指令。當操作員從人機互動界面40發送控制指令時，控制指令下傳至控制終端30，控制終端30將指令經由無線網絡傳回採集端10，進而再由採集端將指令轉變成信號，輸入至現場設備20中，從而完成對現場的控制，使得控制更靈活。圖2是根據本發明第二實施例的油氣田站場的控制系統的示意圖，如圖2所示， 該控制系統包括多個採集端，圖中以第一採集端11和第二採集端12為例，其中，第一採集端11的第一端經由電纜與油氣田站場的第一現場設備21相連接，用於採集第一現場設備 21的工作參數；以及第二採集端12，第一端經由電纜與油氣田站場的第二現場設備22相連接，用於採集第二現場設備22的工作參數，還包括人機互動界面40，用於接收操作員輸入的控制信號，其中，第一採集端11與第二採集端12可以分別直接與控制終端30通信，將設備的工作參數發送至控制終端30，實現無線數據傳輸；或者，第一採集端11以第二採集端 12為中間路由與控制終端30通信，實現無線數據傳輸。控制終端30根據第一現場設備21的工作參數生成第一控制信號，並根據第二現場設備22的工作參數生成第二控制信號。控制終端30可以直接將控制信號分別發送至第一採集端11和第二採集端12 ；或者，控制終端30以第二採集端12為中間路由將控制信號發送至第一採集端11。在該實施例中，控制系統包括兩個採集端，分別對應採集兩個現場設備的工作參數，其中，第二採集端12既可作為終端，同時還可作為中間路由，當控制終端30無法直接與第一採集端11進行數據傳輸時，可通過第二採集端12與第一採集端11通信。因此，當第一採集端11與控制終端30之間的信號被遮擋、屏蔽或物理距離太遠時，能夠通過第二採集端12中轉接收第一現場設備21的工作參數，從而使網路變得非常靈活，物理位置的選擇也可非常多樣化，而且提高控制終端與採集端之間的通信的可靠性。需要說明的是，該實施例僅以兩個採集端為例，事實上，中間路由可以包括多個採集端中的其他任意多個採集端。在中間路由可以包括多個採集端中的其他任意多個採集端時，控制終端與採集端之間的通信包括多個路徑，為了選擇最優的路徑，優選地，任一採集端包括路由選擇模塊， 用於確定中間路由所包括的採集端，以使任一採集端與控制終端之間進行數據傳輸的距離最短或時間最短，從而提高了控制終端與採集端之間無線通信的時效性。圖3是根據本發明第三實施例的油氣田站場的控制系統的示意圖，如圖3所示，該控制系統包括控制終端，具體為RTU (遠程終端單元)控制單元，設置於RTU機櫃中，或者為PLC (可編程邏輯控制器)；HMI人機互動界面，與RTU控制單元相連接；採集端，具體為無線數據採集卡A和無線數據採集卡B，分別與現場設備，具體為現場儀表A'和現場儀表B' 相連接，採集端均置於防爆接線箱中，並且在採集端，即無線數據採集卡A和無線數據採集卡B上設置有防雷擊裝置，即帶防雷的天線，在RTU機柜上也設置有帶防雷的天線。其中，HMI人機互動界面主要負責操作員/工程師與整體系統的交互，其基本功能包括與RTU進行數據交互、顯示並進行數據計算、數據儲存、圖形圖像支持、數據排列組合、 數據圖形化、第三方接口支持、報表生成與列印支持等等。RTU控制單元在整個系統中作為控制核心存在。設置帶有無線網絡的RTU控制單元，並通過無線網絡找到相應的無線數據採集卡，接收採集開的數據並進行處理，同時將處理後的結果顯示在HMI人機互動界面，RTU控制單元與HMI人機互動界面可採用乙太網的有限網絡通信。當操作員從HMI人機互動界面中發送控制指令時，控制指令下傳至RTU控制單元中，RTU控制單元將指令傳送至無線網絡，找到相應的無線數據採集卡，再由無線數據採集卡將指令轉變成信號，輸入至現場設備中，從而完成對現場的控制。一般RTU單元被放置在室內的RTU機櫃中。無線數據採集卡能接收的信號需要與現場變送器傳送的信號匹配。無線數據採集卡直接放置在現場設備旁邊的防爆接線箱中，通過電纜線連接現場設備，採集現場設備的信號。信號經過無線數據採集卡處理以後形成數據，通過無線網絡上傳至RTU控制單元中， RTU控制單元再進行數據處理，並將處理後的數據上傳至HMI人機互動界面中。當操作員從 HMI人機互動界面中發送控制指令時，控制指令下傳至RTU控制單元中，RTU控制單元將指令傳送至無線網絡，找到相應的無線數據採集卡，再由無線數據採集卡將指令轉變成信號， 輸入至現場設備中。在該實施例的無線網絡中，每個無線數據採集卡既可作為終端，同時可作為路由， 當RTU控制單元找不到某塊無線數據採集卡時，可通過其他無線數據採集卡作為去尋找該無線數據採集卡。因此，若某個無線數據採集卡的信號被遮擋或者與RTU控制單元的物理距離較遠時，也可通過其他的無線數據採集卡找到它。在這種情況下，網絡變得非常靈活， 物理位置的選擇也可非常多樣化。圖4是根據本發明第四實施例的油氣田站場的控制系統的示意圖，如圖4所示，該控制系統包括控制終端，具體為PLC或RTU，與PC機即HMI人機互動界面通過乙太網連接， 在控制終端上設置有防雷器；還包括位於油氣田站場不同物理位置的四個採集端，各採集端具體包括I/O兩類卡件，即輸入卡件，採集現場設備的電信號並將其轉換為數位訊號傳輸給控制室的控制終端(RTU或PLC控制器)；輸出卡件，將控制終端(RTU或PLC控制器) 發出的通訊數字控制信號轉換為電信號以控制設備，從而完成現場儀表設備的數據採集和設備控制。其中，控制終端與四個採集端形成無線網狀通訊網，任意一個採集端可直接與控制終端通信，實現數據傳輸，也可通過現場的其他採集端與控制終端通訊。在每個採集端上設置有無線路由模塊，該模塊可通過通訊協議體現，該協議採用優先級結構當某一採集端能直接與控制終端通信時，不以其他採集端為中間路由；而某一採集端不能與控制終端直接通信時，採集端便會通過無線網狀網絡以其他一個或多個採集端為中間路由與控制終端通信，在通信過程中，以物理距離或通信時間為條件，選擇最優通訊路徑。傳統控制系統需大量的信號電纜，所以必須挖溝及架設橋架，因此，不但影響工藝施工，而且延長工期。在該實施例中，在控制終端方，即中心控制室無需大量的信號電纜，無需很大的控制機櫃，從而也無需開挖電纜溝和架設電纜橋架，在現場至控制室間也不需開挖信號電纜溝和電纜橋架。無線通信的方式既能大量的節約投資成本，而且由於減少了大量的工作量，也能縮短建設周期。並且在控制終端與採集端的通信過程中，由於地理條件限制雙方不能直接通信時，採集端可作為中間路由，從而提高通信的可靠性。然後介紹本具體實施方式
提供的油氣田站場的控制方法。圖5是根據本發明實施例的油氣田站場的控制方法的流程圖，如圖5所示，該控制方法包括如下步驟S102至步驟SllO 步驟S102 採集端採集油氣田站場設備的工作參數，其中，油氣田站場包括多個採集端，各採集端與油氣田站場設備通過電線線纜直接連接。步驟S104 採集端將工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由發送至油氣田站場的控制終端，其中，中間路由包括其他任意一個或多個採集端。其中，在採集端與控制終端能夠直接無線通信時，採集端將工作參數通過無線網絡直接發送至控制終端；在採集端不能與控制終端直接無線通信時，以其他一個或多個採集端作為中間路由，將工作參數間接發送至控制終端，使得網絡靈活，現場設備的物理位置多樣化。為了提高採集端與控制終端無線通信的時效性，優選地，在採集端以其他一個或多個採集端作為中間路由與控制終端間接通信時，首先確定中間路由所包括的採集端，以使間接通信進行數據傳輸的距離最短或時間最短。步驟S106 控制終端根據工作參數生成控制信號。優選地，採集端將工作參數發送至控制終端後，該方法還包括油氣田站場的人機互動界面顯示控制終端接收到的工作參數；以及人機互動界面接收操作員輸入的控制信號。採用該優選實施方式，控制終端接收到現場設備的工作參數時，操作員輸入查詢參數的控制信號後，通過人機互動界面向操作員顯示具體參數，以便操作員根據實際參數輸入控制現場設備的控制指令，使得控制更靈活。步驟S108 控制終端將控制信號通過無線網絡直接或經由中間路由發送至採集端，其中，控制信號可以為控制終端生成的控制信號，也可以包括人機互動界面接收到操作員輸入的控制信號。步驟SllO 採集端將控制信號發送給油氣田站場設備。採用該實施例的油氣田站場的控制方法，提出油氣田站場現場設備通過採集端與控制終端的無線通信，減少材料成本，方便人力維護，減少現場設備的問題排查和維護的工作量，並且採集端既可作為無線通信網絡中的終端，與控制終端之間直接通信，也可作為無線通信網絡中的中間路由，實現其他採集端與控制終端之間間接通信，在某一採集端與控制終端之間受地理條件限制不能直接通信時，保證了通信的可靠性。從以上的描述中，可以看出，本發明實現了如下技術效果採用無線網絡實現油氣田站場中現場設備通過採集端與控制終端的通信，無需大量布線，大大減少電線電纜，從而節約了材料成本、施工成本以及後期維護的人力成本，同時，在後期的維護過程中，由於採用了無線網絡，很容易定位到問題設備，也大大減少問題排查及維護的工作量，並且，在通信過程中，多個採集端既可作為終端直接與控制終端通信，也可作為中間路由，保證了無線通信的可靠性。 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種油氣田站場的控制系統，其特徵在於，包括控制終端和多個採集端，其中，所述多個採集端中的任一採集端用於採集油氣田站場設備的工作參數，並將所述工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由發送至所述控制終端，其中，所述中間路由包括所述多個採集端中的其他任意一個或多個採集端；以及所述控制終端用於根據所述工作參數生成控制信號，以及將所述控制信號通過無線網絡直接或經由所述中間路由發送至所述任一採集端，其中，所述任一採集端還用於將所述控制信號發送給所述油氣田站場設備。
2.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，所述任一採集端包括路由選擇模塊，用於確定中間路由所包括的採集端，以使所述任一採集端與所述控制終端之間進行數據傳輸的距離最短或時間最短。
3.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，還包括人機互動界面，與所述控制終端相連接，用於顯示所述控制終端接收到的工作參數以及接收操作員輸入的控制信號。
4.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，所述控制終端為RTU控制單元，設置於RTU機櫃中。
5.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，所述多個採集端分別置於防爆接線箱中。
6.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，所述多個採集端上分別設置有防雷擊裝置。
7.一種油氣田站場的控制方法，其特徵在於，包括油氣田站場的多個採集端中的任一採集端採集所述油氣田站場設備的工作參數；所述任一採集端將所述工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由發送至所述油氣田站場的控制終端，其中，所述中間路由包括所述多個採集端中的其他任意一個或多個採集端；所述控制終端根據所述工作參數生成控制信號；所述控制終端將所述控制信號通過無線網絡直接或經由所述中間路由發送至所述任一採集端；以及所述任一採集端將所述控制信號發送給所述油氣田站場設備。
8.根據權利要求7所述的油氣田站場的控制方法，其特徵在於，所述任一採集端將所述工作參數通過無線網絡直接或經由所述中間路由發送至所述油氣田站場的控制終端之前，所述方法還包括所述任一採集端確定中間路由所包括的採集端，以使所述任一採集端與所述控制終端之間進行數據傳輸的距離最短或時間最短。
9.根據權利要求7所述的油氣田站場的控制方法，其特徵在於，所述任一採集端將所述工作參數通過無線網絡直接或經由所述中間路由發送至所述油氣田站場的控制終端之後，所述方法還包括所述油氣田站場的人機互動界面顯示所述控制終端接收到的工作參數；以及所述人機互動界面接收操作員輸入的控制信號。
全文摘要
本發明涉及一種油氣田站場的控制系統和方法。根據本發明的控制系統包括控制終端和多個採集端，其中，多個採集端中的任一採集端採集油氣田站場設備的工作參數，並將工作參數通過無線網絡直接或經由中間路由發送至控制終端，其中，中間路由包括多個採集端中的其他任意一個或多個採集端；以及控制終端根據工作參數生成控制信號，以及將控制信號通過無線網絡直接或經由中間路由發送至任一採集端。通過本發明，油氣田站場現場設備與控制終端採用無線通信，減少了材料成本，方便人力維護，並且，在通信過程中，多個採集端既可作為終端直接與控制終端通信，也可作為中間路由，保證了無線通信的可靠性。
文檔編號G05B19/418GK102419582SQ201110351550
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者張世君, 徐仁佐, 楊暾 申請人:北京龍鼎源科技有限公司