專利名稱：海上油氣井安全閥遠程控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于安全閥遠程控制領(lǐng)域，特別涉及一種海上油氣井安全閥遠程控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
海上油氣井安全閥的控制包括對井下安全閥、井口安全閥和井套安全閥的控制， 通過關(guān)閉各個安全閥實現(xiàn)對油氣井的緊急關(guān)停?，F(xiàn)有的安全閥控制裝置一般只具有現(xiàn)場控 制功能，通過手動操作或者根據(jù)設定的條件自動執(zhí)行。手動操作即由技術(shù)人員依據(jù)現(xiàn)場情 況對安全閥控制裝置進行手動操作，這種方式的優(yōu)點是操作簡單，響應快速，但同時也存在 缺點海上油氣井平臺的生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣，生產(chǎn)工人的人身安全時時受到威脅，當緊急情 況出現(xiàn)需要人員立即撤離時，可能會由于無法即時關(guān)閉油氣井而發(fā)生人員傷亡、環(huán)境污染 及經(jīng)濟損失等情況。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上現(xiàn)有控制裝置之不足，本發(fā)明的目的提出一種海上油氣井安全閥遠程 控制裝置及方法，利用該裝置，達到使用簡單、安全可靠的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的海上油氣井安全閥遠程控制裝置包括主控中 心上位機、GPRS模塊、天線、安全閥單片機控制裝置、電磁繼電器，陸地主控中心上位機連接 第一 GPRS模塊，第一 GRPS模塊連接第一天線，第一天線通過GPRS無線網(wǎng)絡與第二 GPRS模 塊連接，第二天線連接第二 GPRS模塊，第二 GPRS模塊連接安全閥單片機控制裝置，安全閥 單片機控制裝置分別連接第一電磁繼電器、第二電磁繼電器和第三電磁繼電器，三個電磁 繼電器彼此并聯(lián)，第一電磁繼電器連接井下安全閥現(xiàn)場控制裝置，第二電磁繼電器連接井 口安全閥現(xiàn)場控制裝置，第三電磁繼電器連接井套安全閥現(xiàn)場控制裝置。本發(fā)明裝置的信號傳遞過程如下陸地主控中心上位機以十六進制碼的方式發(fā)出控制命令，控制命令通過串口傳輸 到第一 GPRS模塊，由第一 GPRS模塊通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送到位于海上油氣井平臺的第二 GPRS 模塊，第二 GPRS模塊將接收到的十六進制控制命令傳輸?shù)脚c之相連接的安全閥單片機控 制裝置，安全閥單片機控制裝置由RS-232端口接收該控制命令，解析并執(zhí)行命令，對繼電 器發(fā)出動作信號，進而實現(xiàn)每個安全閥的遠程控制操作。利用本發(fā)明海上油氣井安全閥遠程控制裝置安全閥關(guān)閉的控制過程如下步驟1 陸地主控中心上位機發(fā)送關(guān)閉安全閥控制命令給安全閥單片機控制裝 置；步驟2 安全閥單片機控制裝置利用安全閥關(guān)閉命令數(shù)據(jù)協(xié)議進行檢驗，滿足協(xié) 議，則對安全閥控制命令解碼，執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟1 ；步驟3 對解碼后的命令進行判斷，如果不是需要的關(guān)井命令則返回步驟1重新讀 取數(shù)據(jù)；如果是需要的關(guān)井命令，則使關(guān)井數(shù)據(jù)計數(shù)器加1，計算器滿足1秒內(nèi)達到3則執(zhí)行步驟4，否則返回步驟1再次讀取數(shù)據(jù)，如果計數(shù)器在1秒內(nèi)未達到3次則計數(shù)器清零；步驟4 安全閥單片機控制裝置給數(shù)據(jù)端一個低電平，執(zhí)行關(guān)閉安全閥的操作；步驟5 設置定時器使單片機給數(shù)據(jù)端的低電平維持3秒，在這3秒內(nèi)安全閥單片 機控制裝置檢測數(shù)據(jù)端的電平，如果始終為低電平則向陸地主控中心上位機發(fā)送確認消息 提示安全閥已經(jīng)成功關(guān)閉，否則重新檢測。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明裝置提高了海上油、氣井平臺生產(chǎn)的安全性和自動化水平。 它功能強大，安全可靠，實現(xiàn)遠程控制的同時兼容現(xiàn)場控制的功能；安裝簡單，只需要將繼 電器與現(xiàn)場安全閥控制裝置并聯(lián)連接即可；使用簡便，陸地主控中心上位機發(fā)出命令即可 實現(xiàn)遠程控制操作；進行遠程控制操作時無須海上油、氣井平臺現(xiàn)場工作人員的參與。


圖1為本發(fā)明海上油氣井安全閥遠程控制裝置總體結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明海上油氣井安全閥遠程控制裝置陸地主控中心上位機與GPRS模塊 連接圖；圖3為本發(fā)明海上油氣井安全閥遠程控制裝置安全閥單片機控制裝置端口結(jié)構(gòu) 圖；圖4為本發(fā)明海上油氣井安全閥遠程控制裝置安全閥單片機控制裝置與GPRS模 塊連接示意圖；圖5為本發(fā)明海上油氣井安全閥遠程控制裝置安全閥單片機控制裝置與現(xiàn)場安 全閥控制開關(guān)連接示意圖；圖6為本發(fā)明海上油氣井安全閥遠程控制裝置安全閥單片機控制裝置程序流程 圖；圖7為本發(fā)明海上油氣井安全閥遠程控制裝置安全閥關(guān)閉指令流程示意圖；圖中，1、陸地主控中心上位機2、GPRS模塊3、天線4、GPRS通信網(wǎng)絡5、安全閥單片 機控制裝置6、電磁繼電器7、井下安全閥現(xiàn)場控制裝置8、井口安全閥現(xiàn)場控制裝置9、井套 安全閥現(xiàn)場控制裝置10、彈簧11、銜鐵12、線圈13、觸點。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖1 圖5所示，圖1為本發(fā)明裝置總體結(jié)構(gòu)框圖，包括陸 地主控中心上位機1、GPRS模塊2、天線3、GPRS通信網(wǎng)絡4、安全閥單片機控制裝置5、電磁 繼電器6、井下安全閥現(xiàn)場控制裝置7、井口安全閥現(xiàn)場控制裝置8和井套安全閥現(xiàn)場控制 裝置9。其中，陸地主控中心上位機1與第一 GPRS模塊連接，如圖2所示，陸地主控中心上 位機1為普通的PC計算機，通過串口與GPRS模塊連接，計算機的TX端、RX端和接地端GND 分別連接第一 GPRS模塊的TX端、RX端和接地端GND。安全閥單片機控制裝置依據(jù)油田工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自行開發(fā)，端口結(jié)構(gòu)圖如圖3所 示，包括多種通訊接口，其中，24+、24-、5V+、5V-為電源端子，PT、I3R為RS-232協(xié)議端子， RS-485+、RS-485-為RS-485協(xié)議端子，CAN1、CAN2為CAN總線端子，G、G1為接地端子，DOl D04、D11 D14 為 I/O 端口。安全閥單片機控制裝置通過RS-232與第二 GPRS模塊連接，安全閥單片機控制裝 置的PT端口、ra端口、Gl端口分別連接第二 GPRS模塊的TX端口、RX端口和接地端GND， 如圖4所示。安全閥單片機控制裝置與電磁繼電器連接如圖5所示，安全閥單片機控制裝置的 輸出端DOl D03依次連接第一電磁繼電器、第二電磁繼電器和第三繼電器的輸入端，安全 閥單片機控制裝置的24V+電源端分別連接第一電磁繼電器、第二電磁繼電器和第三繼電 器的另一個輸入端，三個電磁繼電器的輸出端分別連接井下安全閥控制開關(guān)7、井口安全閥 控制開關(guān)8、井套安全閥控制開關(guān)9。當安全閥單片機控制裝置接收到關(guān)閉安全閥的控制命令后，執(zhí)行程序，給DOl D03每個端口一個低電平，這樣電磁繼電器的線圈中就會有電流通過，產(chǎn)生向下的吸合力， 帶動銜鐵向下運動，于是電磁繼電器中的上下觸點吸合，電路接通，執(zhí)行關(guān)閉操作；在下一 個命令周期，DOl D03恢復高電平，線圈中電流消失，銜鐵在彈簧的作用下回到原位置，觸 點分離，由于電磁繼電器與現(xiàn)場安全閥控制開關(guān)并聯(lián)連接，因此替代現(xiàn)場安全閥控制開關(guān) 執(zhí)行關(guān)閉動作。
圖6為安全閥單片機控制裝置控制安全閥關(guān)閉流程圖，由于安全閥的關(guān)閉關(guān)系到 油氣井的正常生產(chǎn)，因此一般情況下是不會進行控制操作的，只有在緊急情況下才開啟此 項功能。于是為了避免誤操作我們采取了必要的防范措施，只有上位機在1秒內(nèi)連續(xù)3次 發(fā)出關(guān)閉安全閥的命令安全閥單片機控制裝置才認為操作有效。安全閥單片機控制裝置接收到上位機傳送來的要求關(guān)閉安全閥的控制命令后，首 先進行數(shù)據(jù)的校驗，按照安全閥關(guān)閉命令數(shù)據(jù)協(xié)議的要求檢驗數(shù)據(jù)的每一位，如果出現(xiàn)錯 誤則返回重新讀取數(shù)據(jù)，如果沒有錯誤則進行數(shù)據(jù)的解碼，所述的安全閥關(guān)閉控制命令數(shù) 據(jù)協(xié)議如圖7所示，本實施例中該協(xié)議包括7個字段，分別是字頭、安全閥單片機控制裝置 地址、命令字1、命令字2、狀態(tài)1、狀態(tài)2、校驗和，各字段的定義如下字頭起始字段，為0x55;安全閥單片機控制裝置地址可以自主設置，例如0x81 ；命令字1、命令字2 關(guān)閉安全閥的命令，0x01、0x01是關(guān)閉井下安全閥，0x04、0x04 是關(guān)閉井套安全閥，0x02、0x02是關(guān)閉井上安全閥；狀態(tài)1、狀態(tài)2 代表的是安全閥單片機控制裝置查詢對應繼電器的輸出狀態(tài)；校驗和從安全閥單片機控制裝置地址到狀態(tài)2的最后一個字節(jié)的異或和。對解碼后的數(shù)據(jù)進行判斷，如果不是需要的關(guān)井控制命令則返回重新讀取數(shù)據(jù)， 如果是需要的關(guān)井控制命令，則使關(guān)井數(shù)據(jù)計數(shù)器加1，直到滿足1秒內(nèi)達到3則執(zhí)行下步 操作，否則返回再次讀取數(shù)據(jù)。如果計數(shù)器在1秒內(nèi)未達到3次則計數(shù)器清零。當滿足關(guān)井數(shù)據(jù)計數(shù)器在1秒內(nèi)到3的條件時，安全閥單片機控制裝置認為對安 全閥的控制命令有效，就給相應的DO 口一個低電平，執(zhí)行關(guān)閉安全閥的操作。設置定時器使安全閥單片機控制裝置給DO 口的低電平維持3秒，在這3秒內(nèi)安全 閥單片機控制裝置檢測DO 口的電平，如果為低電平則向上位機發(fā)送確認消息提示安全閥 已經(jīng)成功關(guān)閉，否則重新檢測。
權(quán)利要求
一種海上油氣井安全閥遠程控制裝置，其特征在于該裝置包括主控中心上位機、GPRS模塊、天線、安全閥單片機控制裝置、電磁繼電器，陸地主控中心上位機連接第一GPRS模塊，第一GRPS模塊連接第一天線，第一天線通過GPRS無線網(wǎng)絡與第二天線連接，第二天線連接第二GPRS模塊，第二GPRS模塊連接安全閥單片機控制裝置，安全閥單片機控制裝置分別連接第一電磁繼電器、第二電磁繼電器和第三電磁繼電器，三個電磁繼電器彼此并聯(lián)，第一電磁繼電器連接井下安全閥現(xiàn)場控制裝置，第二電磁繼電器連接井口安全閥現(xiàn)場控制裝置，第三電磁繼電器連接井套安全閥現(xiàn)場控制裝置。
2.權(quán)利要求1所述的海上油氣井安全閥遠程控制裝置的控制方法，其特征在于安全 閥關(guān)閉的控制過程如下步驟1 陸地主控中心上位機發(fā)送關(guān)閉安全閥控制命令給安全閥單片機控制裝置； 步驟2 安全閥單片機控制裝置對關(guān)閉安全閥控制命令進行檢驗，如檢驗成功則對安 全閥控制命令解碼，并執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟1 ；步驟3 對解碼后的控制命令進行判斷，如果不是需要的關(guān)井數(shù)據(jù)則返回步驟1重新讀 取數(shù)據(jù)；如果是需要的關(guān)井數(shù)據(jù)，則使關(guān)井數(shù)據(jù)計數(shù)器加1，計算器滿足1秒內(nèi)達到3則執(zhí) 行步驟4，否則返回步驟1再次讀取數(shù)據(jù)，如果計數(shù)器在1秒內(nèi)未達到3次則計數(shù)器清零； 步驟4 安全閥單片機控制裝置給數(shù)據(jù)端一個低電平，執(zhí)行關(guān)閉安全閥的操作； 步驟5 設置定時器使安全閥單片機控制裝置給數(shù)據(jù)端的低電平維持3秒，在這3秒內(nèi) 安全閥單片機控制裝置檢測數(shù)據(jù)端的電平，如果始終為低電平則向陸地主控中心上位機發(fā) 送確認消息提示安全閥已經(jīng)成功關(guān)閉，否則重新檢測。
全文摘要
一種海上油氣井安全閥遠程控制裝置及方法，屬于安全閥遠程控制領(lǐng)域。海上油氣井安全閥遠程控制裝置包括主控中心上位機、GPRS模塊、天線、安全閥單片機控制裝置、電磁繼電器，陸地主控中心上位機依次連接第一GPRS模塊、第一天線、第二GPRS模塊、第二天線、安全閥單片機控制裝置、第一電磁繼電器、第二電磁繼電器和第三電磁繼電器，三個電磁繼電器彼此并聯(lián)，第一電磁繼電器連接井下安全閥，第二電磁繼電器連接井口安全閥，第三電磁繼電器連接井套安全閥，本發(fā)明裝置提高了海上油、氣井平臺生產(chǎn)的安全性和自動化水平，它功能強大、安裝簡單、使用簡便且安全可靠。
文檔編號G05B19/418GK101819434SQ20101013488
公開日2010年9月1日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者劉占廣, 崔彪, 張平, 李峰, 李琨, 王明順, 田中大, 羅大林, 蘇敬新, 高憲文 申請人:東北大學