一种双模式压裂机组电气控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双模式压裂机组电气控制系统，每个机组设备均设置有一套电气主控箱和远程仪表盘，每个远程仪表盘与一个电气主控箱对应连接，所有的电气主控箱再依次首尾连接。本实用新型的装置，兼有网络集中控制与远程仪表盘控制的双控制系统，两种控制模式相互独立，相互备份，压裂机组正常工作时采用网络集中控制模式，在此模式下系统具有数据采集、数据处理、报警指示和数据传输等功能；当网络集中控制模式有故障时可以切换到远程仪表盘控制模式，在此模式下可以继续进行压裂机组的控制，解决了网络集中控制系统出现故障导致压裂作业中断的问题。
【专利说明】一种双模式压裂机组电气控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油、煤层气和页岩气设备【技术领域】，涉及一种双模式压裂机组电气控制系统。
【背景技术】
[0002]压裂机组包含泵车、混砂车、仪表车、液氮车、二氧化碳车等设备，是提高油气采收率的重要装备，进行大型压裂作业时需要机组设备相互协调、共同作用来进行。近年来随着工业以太网在压裂机组控制系统中得到应用和推广，出现了以太网控制模式下的压裂机组，机组设备之间采用以太网连接，机组内任意设备之间可以相互通讯，不过在以太网控制模式下机组设备偶尔会出现控制器或程序死机故障，使得压裂作业不得不中途停止工作，这种意外停机给生产带来了巨大损失。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种双模式压裂机组电气控制系统，解决了现有技术中存在的以太网控制模式下机组设备因偶尔出现控制器或程序死机故障而导致的意外停机问题。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是，一种双模式压裂机组电气控制系统，每个机组设备均设置有一套电气主控箱和远程仪表盘，每个远程仪表盘与一个电气主控箱对应连接，所有的电气主控箱再依次首尾连接。
[0005]本实用新型的双模式压裂机组电气控制系统，其特点还在于:
[0006]电气主控箱的结构是，包括切换电路，切换电路分别与远程接口、操作面板、输入模块和输出模块同时连接，输入模块与主控制器、交换机、网络接口依次连接，主控制器另与输出模块同时连接，交换机另与人机界面连接。
[0007]切换电路还与外接传感器连接，输出模块还与外接执行机构连接。
[0008]远程仪表盘的结构是，包括与电气主控箱对应连接的接口电路，接口电路再分别与智能仪表和主令开关同时连接，智能仪表和主令开关同时与报警指示连接。
[0009]本实用新型的有益效果是，兼有网络集中控制与远程仪表盘控制的双控制系统，两种控制模式相互独立，相互备份，弥补了采用网络集中控制单一模式的不足，压裂机组正常工作时采用网络集中控制模式，在此模式下系统具有数据采集、数据处理、报警指示和数据传输等功能；当网络集中控制模式有故障时可以切换到远程仪表盘控制模式，在此模式下可以继续进行压裂机组的控制，解决了网络集中控制系统出现故障导致压裂作业中断的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的压裂机组电气控制结构框图；
[0011]图2是本实用新型的压裂机组设备电气主控箱硬件框图；[0012]图3是本实用新型的压裂机组设备远程仪表盘硬件框图。
[0013]图中，1.电气主控箱，2.远程仪表盘，3.远程接口，4.操作面板，5.切换电路，6.输入模块，7.主控制器，8.交换机，9.网络接口，10.人机界面，11.输出模块，12.报警指示，13.智能仪表，14.接口电路，15.主令开关。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0015]参照图1，本实用新型装置的结构是，每个机组设备均设置有一套电气主控箱I和远程仪表盘2，每个远程仪表盘2与一个电气主控箱I对应连接，所有的电气主控箱I再依次首尾连接(输出端和输入端依次首尾连接)，组成环网结构。
[0016]参见图2，电气主控箱I的结构是，包括切换电路5，切换电路5分别与远程接口 3、操作面板4、输入模块6和输出模块11同时连接，输入模块6与主控制器7、交换机8、网络接口 9依次连接，主控制器7另与输出模块11同时连接，交换机8另与人机界面10连接；切换电路5还与外接传感器连接，输出模块11还与外接执行机构连接。
[0017]在电气主控箱I的操作面板4上设置有电源开关、发动机启停开关、故障报警指示灯、其他主令开关(如急停、超压复位与照明等开关)；在操作面板4上同时设有“网络控制”与“远程仪表盘控制”切换开关，用来控制切换电路5以选择“网络集中控制”和“远程仪表盘控制”模式；远程接口 3负责与远程仪表盘2的接口连接；切换电路5设有逻辑电路负责“网络集中控制”和“远程仪表盘控制”模式电路的选择执行；输入模块6负责采集外接的现场传感器信号；主控制器7负责运行控制程序和网络通信等，主控制器7和人机界面10以交换机8为中心按星型方式连接，交换机8采用管理型工业以太网交换机，负责接入以太环网；网络接口 9设有2个M12螺纹连接器，负责与其它机组设备的网络连接；人机界面10负责现场监控与管理；输出模块11包含继电器组并外接执行机构，由主控制器8或由远程仪表盘2控制，负责执行控制指令。
[0018]参见图3，远程仪表盘2的结构是，包括与电气主控箱I对应连接的接口电路14，接口电路14再分别与智能仪表13和主令开关15同时连接，智能仪表13和主令开关15同时与报警指示12连接；远程仪表盘2采用防震、防水的箱体结构，连接电缆采用耐油、耐腐蚀、抗拉拽的PUR电缆。
[0019]报警指示12包括发动机故障报警、传动箱故障报警、压裂泵故障报警、超压报警等指示灯；智能仪表13由数字信号采集仪表与模拟量信号采集仪表组成，仪表带继电器触点输出功能，用于采集并显示压力、排量、密度等信号；接口电路14负责与电气主控箱I的级联；主令开关15用于正常控制相应压裂设备，主要包括发动机的启停、油门调速、急停、传动箱换档等开关。
[0020]本实用新型装置的工作原理是，
[0021]压裂机组正常工作时选用“网络控制”模式，此时将电气主控箱操作面板上的模式切换开关搬到相应位置，然后将第一个机组设备的电气主控箱网络接口 A端通过通讯电缆连接到下一个机组设备的电气主控箱网络接口 B端，依次连接所有机组设备的电气主控箱，此时就形成了环形网络控制模式。环形网络的通讯电缆采用超五类屏蔽双绞线(以太网的传输介质)，双绞线两端采用4针M12螺纹连接器，符合以太网连接技术规范IEC61076-2-101，满足本质安全电路所要求的电气间隙和爬电距离。网络采用100Mb/s全双工交换式工业以太环网，以太网采用Ethernet/IP通讯协议，协议核心是控制与信息协议CIP，CIP的控制部分用以进行实时I/O数据传输和互锁，信息处理部分用以进行报文信息的交换，如对等的组态、通信、报警、操作终端以及故障诊断等，在形成以太环网后就可实现网络中任一机组设备之间的数据共享与集中控制。
[0022]当遇到程序死机、硬件故障等紧急情况时启用“远程仪表盘控制”模式，此时将有故障的电气主控箱I上的切换开关转到“远程仪表盘控制”位置，同时将传输电缆一端接在有故障的电气主控箱I的远程接口 C端，另一端连接对应机组设备的远程仪表盘2，此时远程仪表盘2接入压裂机组的电气控制系统，为便于机组设备的协调作业和集中控制，远程仪表盘2可以集中放置在一起，如图1所示的点划线区域，在“远程仪表盘控制”模式下能够继续正常控制相应的机组设备，此时机组内的主控制器7退出自动控制，机组各相关设备均由操作人员通过远程仪表盘2上的主令开关15进行单台设备手动操作，不会因“网络控制”模式失灵而导致压裂设备长时间停机。
[0023]本实用新型的控制系统，在提高了压裂作业自动化控制水平的同时也考虑到了控制系统现场使用的可靠性，当网络控制模式出现故障时用远程仪表盘控制系统替换，不耽误压裂生产，两种控制模式互为冗余，更加可靠，更加符合油田作业现场，具有较好的实用性与稳定性。
【权利要求】
1.一种双模式压裂机组电气控制系统，其特点在于:每个机组设备均设置有一套电气主控箱(I)和远程仪表盘(2 )，每个远程仪表盘(2 )与一个电气主控箱(I)对应连接，所有的电气主控箱(I)再依次首尾连接。
2.根据权利要求1所述的双模式压裂机组电气控制系统，其特点在于:所述的电气主控箱(I)的结构是，包括切换电路(5)，切换电路(5)分别与远程接口(3)、操作面板(4)、输入模块(6 )和输出模块(11)同时连接，输入模块(6 )与主控制器(7)、交换机(8 )、网络接口(9)依次连接，主控制器(7)另与输出模块(11)同时连接，交换机(8)另与人机界面(10)连接。
3.根据权利要求2所述的双模式压裂机组电气控制系统，其特点在于:所述的切换电路(5 )还与外接传感器连接，输出模块(11)还与外接执行机构连接。
4.根据权利要求1所述的双模式压裂机组电气控制系统，其特点在于:所述的远程仪表盘(2 )的结构是，包括与电气主控箱(I)对应连接的接口电路(14)，接口电路(14)再分别与智能仪表(13)和主令开关(15)同时连接，智能仪表(13)和主令开关(15)同时与报警指示(12)连接。
【文档编号】H04L29/06GK203376618SQ201320361517
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】李双鹏, 王来智, 宋学莲, 戴启平, 张正祖 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司