一種雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)，每個機(jī)組設(shè)備均設(shè)置有一套電氣主控箱和遠(yuǎn)程儀表盤，每個遠(yuǎn)程儀表盤與一個電氣主控箱對應(yīng)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(wǎng)絡(luò)集中控制與遠(yuǎn)程儀表盤控制的雙控制系統(tǒng)，兩種控制模式相互獨立，相互備份，壓裂機(jī)組正常工作時采用網(wǎng)絡(luò)集中控制模式，在此模式下系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、報警指示和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽划?dāng)網(wǎng)絡(luò)集中控制模式有故障時可以切換到遠(yuǎn)程儀表盤控制模式，在此模式下可以繼續(xù)進(jìn)行壓裂機(jī)組的控制，解決了網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致壓裂作業(yè)中斷的問題。
【專利說明】一種雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于石油、煤層氣和頁巖氣設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓裂機(jī)組包含泵車、混砂車、儀表車、液氮車、二氧化碳車等設(shè)備，是提高油氣采收率的重要裝備，進(jìn)行大型壓裂作業(yè)時需要機(jī)組設(shè)備相互協(xié)調(diào)、共同作用來進(jìn)行。近年來隨著工業(yè)以太網(wǎng)在壓裂機(jī)組控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用和推廣，出現(xiàn)了以太網(wǎng)控制模式下的壓裂機(jī)組，機(jī)組設(shè)備之間采用以太網(wǎng)連接，機(jī)組內(nèi)任意設(shè)備之間可以相互通訊，不過在以太網(wǎng)控制模式下機(jī)組設(shè)備偶爾會出現(xiàn)控制器或程序死機(jī)故障，使得壓裂作業(yè)不得不中途停止工作，這種意外停機(jī)給生產(chǎn)帶來了巨大損失。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是提供一種雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的以太網(wǎng)控制模式下機(jī)組設(shè)備因偶爾出現(xiàn)控制器或程序死機(jī)故障而導(dǎo)致的意外停機(jī)問題。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)，每個機(jī)組設(shè)備均設(shè)置有一套電氣主控箱和遠(yuǎn)程儀表盤，每個遠(yuǎn)程儀表盤與一個電氣主控箱對應(yīng)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(jī)組電氣控制系統(tǒng)，其特點還在于:
[0006]電氣主控箱的結(jié)構(gòu)是，包括切換電路，切換電路分別與遠(yuǎn)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(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口依次連接，主控制器另與輸出模塊同時連接，交換機(jī)另與人機(jī)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(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
[0008]遠(yuǎn)程儀表盤的結(jié)構(gòu)是，包括與電氣主控箱對應(yīng)連接的接口電路，接口電路再分別與智能儀表和主令開關(guān)同時連接，智能儀表和主令開關(guān)同時與報警指示連接。
[0009]本實用新型的有益效果是，兼有網(wǎng)絡(luò)集中控制與遠(yuǎn)程儀表盤控制的雙控制系統(tǒng)，兩種控制模式相互獨立，相互備份，彌補了采用網(wǎng)絡(luò)集中控制單一模式的不足，壓裂機(jī)組正常工作時采用網(wǎng)絡(luò)集中控制模式，在此模式下系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、報警指示和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?；?dāng)網(wǎng)絡(luò)集中控制模式有故障時可以切換到遠(yuǎn)程儀表盤控制模式，在此模式下可以繼續(xù)進(jìn)行壓裂機(jī)組的控制，解決了網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致壓裂作業(yè)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(jī)組電氣控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖2是本實用新型的壓裂機(jī)組設(shè)備電氣主控箱硬件框圖；[0012]圖3是本實用新型的壓裂機(jī)組設(shè)備遠(yuǎn)程儀表盤硬件框圖。
[0013]圖中，1.電氣主控箱，2.遠(yuǎn)程儀表盤，3.遠(yuǎn)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(jī)，9.網(wǎng)絡(luò)接口，10.人機(jī)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(guān)。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]參照圖1，本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)是，每個機(jī)組設(shè)備均設(shè)置有一套電氣主控箱I和遠(yuǎn)程儀表盤2，每個遠(yuǎn)程儀表盤2與一個電氣主控箱I對應(yīng)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(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
[0016]參見圖2，電氣主控箱I的結(jié)構(gòu)是，包括切換電路5，切換電路5分別與遠(yuǎn)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(jī)8、網(wǎng)絡(luò)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(jī)8另與人機(jī)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(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
[0017]在電氣主控箱I的操作面板4上設(shè)置有電源開關(guān)、發(fā)動機(jī)啟停開關(guān)、故障報警指示燈、其他主令開關(guān)(如急停、超壓復(fù)位與照明等開關(guān))；在操作面板4上同時設(shè)有“網(wǎng)絡(luò)控制”與“遠(yuǎn)程儀表盤控制”切換開關(guān)，用來控制切換電路5以選擇“網(wǎng)絡(luò)集中控制”和“遠(yuǎn)程儀表盤控制”模式；遠(yuǎn)程接口 3負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程儀表盤2的接口連接；切換電路5設(shè)有邏輯電路負(fù)責(zé)“網(wǎng)絡(luò)集中控制”和“遠(yuǎn)程儀表盤控制”模式電路的選擇執(zhí)行；輸入模塊6負(fù)責(zé)采集外接的現(xiàn)場傳感器信號；主控制器7負(fù)責(zé)運行控制程序和網(wǎng)絡(luò)通信等，主控制器7和人機(jī)界面10以交換機(jī)8為中心按星型方式連接，交換機(jī)8采用管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，負(fù)責(zé)接入以太環(huán)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)接口 9設(shè)有2個M12螺紋連接器，負(fù)責(zé)與其它機(jī)組設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接；人機(jī)界面10負(fù)責(zé)現(xiàn)場監(jiān)控與管理；輸出模塊11包含繼電器組并外接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由主控制器8或由遠(yuǎn)程儀表盤2控制，負(fù)責(zé)執(zhí)行控制指令。
[0018]參見圖3，遠(yuǎn)程儀表盤2的結(jié)構(gòu)是，包括與電氣主控箱I對應(yīng)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(guān)15同時連接，智能儀表13和主令開關(guān)15同時與報警指示12連接；遠(yuǎn)程儀表盤2采用防震、防水的箱體結(jié)構(gòu)，連接電纜采用耐油、耐腐蝕、抗拉拽的PUR電纜。
[0019]報警指示12包括發(fā)動機(jī)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(shù)字信號采集儀表與模擬量信號采集儀表組成，儀表帶繼電器觸點輸出功能，用于采集并顯示壓力、排量、密度等信號；接口電路14負(fù)責(zé)與電氣主控箱I的級聯(lián)；主令開關(guān)15用于正?？刂葡鄳?yīng)壓裂設(shè)備，主要包括發(fā)動機(jī)的啟停、油門調(diào)速、急停、傳動箱換檔等開關(guān)。
[0020]本實用新型裝置的工作原理是，
[0021]壓裂機(jī)組正常工作時選用“網(wǎng)絡(luò)控制”模式，此時將電氣主控箱操作面板上的模式切換開關(guān)搬到相應(yīng)位置，然后將第一個機(jī)組設(shè)備的電氣主控箱網(wǎng)絡(luò)接口 A端通過通訊電纜連接到下一個機(jī)組設(shè)備的電氣主控箱網(wǎng)絡(luò)接口 B端，依次連接所有機(jī)組設(shè)備的電氣主控箱，此時就形成了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)控制模式。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的通訊電纜采用超五類屏蔽雙絞線(以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì))，雙絞線兩端采用4針M12螺紋連接器，符合以太網(wǎng)連接技術(shù)規(guī)范IEC61076-2-101，滿足本質(zhì)安全電路所要求的電氣間隙和爬電距離。網(wǎng)絡(luò)采用100Mb/s全雙工交換式工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，以太網(wǎng)采用Ethernet/IP通訊協(xié)議，協(xié)議核心是控制與信息協(xié)議CIP，CIP的控制部分用以進(jìn)行實時I/O數(shù)據(jù)傳輸和互鎖，信息處理部分用以進(jìn)行報文信息的交換，如對等的組態(tài)、通信、報警、操作終端以及故障診斷等，在形成以太環(huán)網(wǎng)后就可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任一機(jī)組設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享與集中控制。
[0022]當(dāng)遇到程序死機(jī)、硬件故障等緊急情況時啟用“遠(yuǎn)程儀表盤控制”模式，此時將有故障的電氣主控箱I上的切換開關(guān)轉(zhuǎn)到“遠(yuǎn)程儀表盤控制”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(yuǎn)程接口 C端，另一端連接對應(yīng)機(jī)組設(shè)備的遠(yuǎn)程儀表盤2，此時遠(yuǎn)程儀表盤2接入壓裂機(jī)組的電氣控制系統(tǒng)，為便于機(jī)組設(shè)備的協(xié)調(diào)作業(yè)和集中控制，遠(yuǎn)程儀表盤2可以集中放置在一起，如圖1所示的點劃線區(qū)域，在“遠(yuǎn)程儀表盤控制”模式下能夠繼續(xù)正?？刂葡鄳?yīng)的機(jī)組設(shè)備，此時機(jī)組內(nèi)的主控制器7退出自動控制，機(jī)組各相關(guān)設(shè)備均由操作人員通過遠(yuǎn)程儀表盤2上的主令開關(guān)15進(jìn)行單臺設(shè)備手動操作，不會因“網(wǎng)絡(luò)控制”模式失靈而導(dǎo)致壓裂設(shè)備長時間停機(jī)。
[0023]本實用新型的控制系統(tǒng)，在提高了壓裂作業(yè)自動化控制水平的同時也考慮到了控制系統(tǒng)現(xiàn)場使用的可靠性，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制模式出現(xiàn)故障時用遠(yuǎn)程儀表盤控制系統(tǒng)替換，不耽誤壓裂生產(chǎn)，兩種控制模式互為冗余，更加可靠，更加符合油田作業(yè)現(xiàn)場，具有較好的實用性與穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)，其特點在于:每個機(jī)組設(shè)備均設(shè)置有一套電氣主控箱(I)和遠(yuǎn)程儀表盤(2 )，每個遠(yuǎn)程儀表盤(2 )與一個電氣主控箱(I)對應(yīng)連接，所有的電氣主控箱(I)再依次首尾連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)，其特點在于:所述的電氣主控箱(I)的結(jié)構(gòu)是，包括切換電路(5)，切換電路(5)分別與遠(yuǎn)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(jī)(8 )、網(wǎng)絡(luò)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(jī)(8)另與人機(jī)界面(10)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)，其特點在于: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(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模式壓裂機(jī)組電氣控制系統(tǒng)，其特點在于:所述的遠(yuǎn)程儀表盤(2 )的結(jié)構(gòu)是，包括與電氣主控箱(I)對應(yīng)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(guān)(15)同時連接，智能儀表(13)和主令開關(guān)(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(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】李雙鵬, 王來智, 宋學(xué)蓮, 戴啟平, 張正祖 申請人:寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司