一種雙模式壓裂機組電氣控制系統的製作方法
2023-12-04 10:49:26 1
一種雙模式壓裂機組電氣控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙模式壓裂機組電氣控制系統，每個機組設備均設置有一套電氣主控箱和遠程儀錶盤，每個遠程儀錶盤與一個電氣主控箱對應連接，所有的電氣主控箱再依次首尾連接。本實用新型的裝置，兼有網絡集中控制與遠程儀錶盤控制的雙控制系統，兩種控制模式相互獨立，相互備份，壓裂機組正常工作時採用網絡集中控制模式，在此模式下系統具有數據採集、數據處理、報警指示和數據傳輸等功能；當網絡集中控制模式有故障時可以切換到遠程儀錶盤控制模式，在此模式下可以繼續進行壓裂機組的控制，解決了網絡集中控制系統出現故障導致壓裂作業中斷的問題。
【專利說明】一種雙模式壓裂機組電氣控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於石油、煤層氣和頁巖氣設備【技術領域】，涉及一種雙模式壓裂機組電氣控制系統。
【背景技術】
[0002]壓裂機組包含泵車、混砂車、儀表車、液氮車、二氧化碳車等設備，是提高油氣採收率的重要裝備，進行大型壓裂作業時需要機組設備相互協調、共同作用來進行。近年來隨著工業乙太網在壓裂機組控制系統中得到應用和推廣，出現了乙太網控制模式下的壓裂機組，機組設備之間採用乙太網連接，機組內任意設備之間可以相互通訊，不過在乙太網控制模式下機組設備偶爾會出現控制器或程序死機故障，使得壓裂作業不得不中途停止工作，這種意外停機給生產帶來了巨大損失。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種雙模式壓裂機組電氣控制系統，解決了現有技術中存在的乙太網控制模式下機組設備因偶爾出現控制器或程序死機故障而導致的意外停機問題。
[0004]本實用新型所採用的技術方案是，一種雙模式壓裂機組電氣控制系統，每個機組設備均設置有一套電氣主控箱和遠程儀錶盤，每個遠程儀錶盤與一個電氣主控箱對應連接，所有的電氣主控箱再依次首尾連接。
[0005]本實用新型的雙模式壓裂機組電氣控制系統，其特點還在於:
[0006]電氣主控箱的結構是，包括切換電路，切換電路分別與遠程接口、操作面板、輸入模塊和輸出模塊同時連接，輸入模塊與主控制器、交換機、網絡接口依次連接，主控制器另與輸出模塊同時連接，交換機另與人機界面連接。
[0007]切換電路還與外接傳感器連接，輸出模塊還與外接執行機構連接。
[0008]遠程儀錶盤的結構是，包括與電氣主控箱對應連接的接口電路，接口電路再分別與智能儀表和主令開關同時連接，智能儀表和主令開關同時與報警指示連接。
[0009]本實用新型的有益效果是，兼有網絡集中控制與遠程儀錶盤控制的雙控制系統，兩種控制模式相互獨立，相互備份，彌補了採用網絡集中控制單一模式的不足，壓裂機組正常工作時採用網絡集中控制模式，在此模式下系統具有數據採集、數據處理、報警指示和數據傳輸等功能；當網絡集中控制模式有故障時可以切換到遠程儀錶盤控制模式，在此模式下可以繼續進行壓裂機組的控制，解決了網絡集中控制系統出現故障導致壓裂作業中斷的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的壓裂機組電氣控制結構框圖；
[0011]圖2是本實用新型的壓裂機組設備電氣主控箱硬體框圖；[0012]圖3是本實用新型的壓裂機組設備遠程儀錶盤硬體框圖。
[0013]圖中，1.電氣主控箱，2.遠程儀錶盤，3.遠程接口，4.操作面板，5.切換電路，6.輸入模塊，7.主控制器，8.交換機，9.網絡接口，10.人機界面，11.輸出模塊，12.報警指示，13.智能儀表，14.接口電路，15.主令開關。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0015]參照圖1，本實用新型裝置的結構是，每個機組設備均設置有一套電氣主控箱I和遠程儀錶盤2，每個遠程儀錶盤2與一個電氣主控箱I對應連接，所有的電氣主控箱I再依次首尾連接(輸出端和輸入端依次首尾連接)，組成環網結構。
[0016]參見圖2，電氣主控箱I的結構是，包括切換電路5，切換電路5分別與遠程接口 3、操作面板4、輸入模塊6和輸出模塊11同時連接，輸入模塊6與主控制器7、交換機8、網絡接口 9依次連接，主控制器7另與輸出模塊11同時連接，交換機8另與人機界面10連接；切換電路5還與外接傳感器連接，輸出模塊11還與外接執行機構連接。
[0017]在電氣主控箱I的操作面板4上設置有電源開關、發動機啟停開關、故障報警指示燈、其他主令開關(如急停、超壓復位與照明等開關)；在操作面板4上同時設有「網絡控制」與「遠程儀錶盤控制」切換開關，用來控制切換電路5以選擇「網絡集中控制」和「遠程儀錶盤控制」模式；遠程接口 3負責與遠程儀錶盤2的接口連接；切換電路5設有邏輯電路負責「網絡集中控制」和「遠程儀錶盤控制」模式電路的選擇執行；輸入模塊6負責採集外接的現場傳感器信號；主控制器7負責運行控制程序和網絡通信等，主控制器7和人機界面10以交換機8為中心按星型方式連接，交換機8採用管理型工業乙太網交換機，負責接入以太環網；網絡接口 9設有2個M12螺紋連接器，負責與其它機組設備的網絡連接；人機界面10負責現場監控與管理；輸出模塊11包含繼電器組並外接執行機構，由主控制器8或由遠程儀錶盤2控制，負責執行控制指令。
[0018]參見圖3，遠程儀錶盤2的結構是，包括與電氣主控箱I對應連接的接口電路14，接口電路14再分別與智能儀表13和主令開關15同時連接，智能儀表13和主令開關15同時與報警指示12連接；遠程儀錶盤2採用防震、防水的箱體結構，連接電纜採用耐油、耐腐蝕、抗拉拽的PUR電纜。
[0019]報警指示12包括發動機故障報警、傳動箱故障報警、壓裂泵故障報警、超壓報警等指示燈；智能儀表13由數位訊號採集儀表與模擬量信號採集儀表組成，儀錶帶繼電器觸點輸出功能，用於採集並顯示壓力、排量、密度等信號；接口電路14負責與電氣主控箱I的級聯；主令開關15用於正常控制相應壓裂設備，主要包括發動機的啟停、油門調速、急停、傳動箱換檔等開關。
[0020]本實用新型裝置的工作原理是，
[0021]壓裂機組正常工作時選用「網絡控制」模式，此時將電氣主控箱操作面板上的模式切換開關搬到相應位置，然後將第一個機組設備的電氣主控箱網絡接口 A端通過通訊電纜連接到下一個機組設備的電氣主控箱網絡接口 B端，依次連接所有機組設備的電氣主控箱，此時就形成了環形網絡控制模式。環形網絡的通訊電纜採用超五類屏蔽雙絞線(乙太網的傳輸介質)，雙絞線兩端採用4針M12螺紋連接器，符合乙太網連接技術規範IEC61076-2-101，滿足本質安全電路所要求的電氣間隙和爬電距離。網絡採用100Mb/s全雙工交換式工業以太環網，乙太網採用Ethernet/IP通訊協議，協議核心是控制與信息協議CIP，CIP的控制部分用以進行實時I/O數據傳輸和互鎖，信息處理部分用以進行報文信息的交換，如對等的組態、通信、報警、操作終端以及故障診斷等，在形成以太環網後就可實現網絡中任一機組設備之間的數據共享與集中控制。
[0022]當遇到程序死機、硬體故障等緊急情況時啟用「遠程儀錶盤控制」模式，此時將有故障的電氣主控箱I上的切換開關轉到「遠程儀錶盤控制」位置，同時將傳輸電纜一端接在有故障的電氣主控箱I的遠程接口 C端，另一端連接對應機組設備的遠程儀錶盤2，此時遠程儀錶盤2接入壓裂機組的電氣控制系統，為便於機組設備的協調作業和集中控制，遠程儀錶盤2可以集中放置在一起，如圖1所示的點劃線區域，在「遠程儀錶盤控制」模式下能夠繼續正常控制相應的機組設備，此時機組內的主控制器7退出自動控制，機組各相關設備均由操作人員通過遠程儀錶盤2上的主令開關15進行單臺設備手動操作，不會因「網絡控制」模式失靈而導致壓裂設備長時間停機。
[0023]本實用新型的控制系統，在提高了壓裂作業自動化控制水平的同時也考慮到了控制系統現場使用的可靠性，當網絡控制模式出現故障時用遠程儀錶盤控制系統替換，不耽誤壓裂生產，兩種控制模式互為冗餘，更加可靠，更加符合油田作業現場，具有較好的實用性與穩定性。
【權利要求】
1.一種雙模式壓裂機組電氣控制系統，其特點在於:每個機組設備均設置有一套電氣主控箱(I)和遠程儀錶盤(2 )，每個遠程儀錶盤(2 )與一個電氣主控箱(I)對應連接，所有的電氣主控箱(I)再依次首尾連接。
2.根據權利要求1所述的雙模式壓裂機組電氣控制系統，其特點在於:所述的電氣主控箱(I)的結構是，包括切換電路(5)，切換電路(5)分別與遠程接口(3)、操作面板(4)、輸入模塊(6 )和輸出模塊(11)同時連接，輸入模塊(6 )與主控制器(7)、交換機(8 )、網絡接口(9)依次連接，主控制器(7)另與輸出模塊(11)同時連接，交換機(8)另與人機界面(10)連接。
3.根據權利要求2所述的雙模式壓裂機組電氣控制系統，其特點在於:所述的切換電路(5 )還與外接傳感器連接，輸出模塊(11)還與外接執行機構連接。
4.根據權利要求1所述的雙模式壓裂機組電氣控制系統，其特點在於:所述的遠程儀錶盤(2 )的結構是，包括與電氣主控箱(I)對應連接的接口電路(14)，接口電路(14)再分別與智能儀表(13)和主令開關(15)同時連接，智能儀表(13)和主令開關(15)同時與報警指示(12)連接。
【文檔編號】H04L29/06GK203376618SQ201320361517
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月21日 優先權日:2013年6月21日
【發明者】李雙鵬, 王來智, 宋學蓮, 戴啟平, 張正祖 申請人:寶雞石油機械有限責任公司