一种油田管道伴热控制系统的制作方法

本发明实施例涉及油田管道伴热技术领域，具体涉及一种油田管道伴热控制系统。

背景技术：

石油在运输过程中当外部环境较低时，使得石油中溶解的蜡析出粘附在输送管道上，时间长了就会将管道堵塞，因此需要设置专门给输油管线加热的伴热系统以使输油管线中的石油能够保持一定的温度，始终保持液气混合物的状态，方便流动和运输，伴热控制系统是用于对伴热系统的运行进行控制的设备。

目前的油田管道伴热控制系统存在以下问题：(1)控制反馈指标单一，仅仅通过采集一个温度来控制加热，采集温度数据完全不满足现状需求，很多油田管道并不需要采用温度来进行控制，不符合所有油粘温特性，通用性差；(2)没有采集管道尾端温度，然而管道尾端温度是伴热控制的重要参数之一，很多油井的加热效果需要这个参数来反馈控制，很多重要技术数据缺失，不符合数字化油田的建设；(3)通常采用触摸屏和按键进行相关参数配置，触摸屏在北方低温零下40℃并不能正常启动，需要在触摸屏下加一个加热控制板，这样会消耗大量的电力能源，也增加了控制系统的复杂度，按键配置同样在恶劣环境中对油田操作工程师存在很多困难；(4)缺失联网功能，设备出现故障时不能及时推送报警信息给相关负责人员，造成维修不及时，管道长时间停止加热容易使管道堵塞，最终导致采油停产。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种油田管道伴热控制系统，以解决现有的油田管道伴热控制系统控制反馈指标单一、通用性差、能耗高的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种油田管道伴热控制系统，所述系统包括主控mcu以及分别与所述主控mcu连接的电源模块、温度采集模块、lora模块、压力采集模块、电压采集模块、电流采集模块和功率控制模块；

所述温度采集模块包括分别用于采集产出液温度、出线密封温度、管道尾端温度、辐射温度、伴热线缆表面温度的多路温度传感器以及与多路所述温度传感器分别连接的多路信号转换电路；所述lora模块用于将通过温度传感器采集到的管道尾端温度通过lora无线传输方式发送至主控mcu；所述压力采集模块包括用于采集管道压力的压力传感器以及与所述压力传感器连接的信号转换电路；所述电压采集模块用于电伴热回路电压的采集；所述电流采集模块用于电伴热回路电流的采集；所述功率控制模块包括用于控制电伴热回路固态继电器开关的控制固态继电器以及与所述控制固态继电器连接的继电器驱动电路、用于控制电伴热回路调压器切换小功率输出的小功率接触器以及与所述小功率接触器连接的小功率接触器驱动电路和用于控制电伴热回路调压器切换大功率输出的大功率接触器以及与所述大功率接触器连接的大功率接触器驱动电路。

进一步地，所述系统还包括与所述主控mcu连接的故障指示模块，所述故障指示模块包括相互连接的led驱动电路和led故障指示灯。

进一步地，所述系统还包括与所述主控mcu连接的4g模块，所述4g模块用于连接云端服务器。

进一步地，所述系统还包括与所述主控mcu连接的esp32通讯模块，所述esp32通讯模块用于连接移动终端。

进一步地，所述系统还包括与所述主控mcu连接的rs485通讯模块，所述rs485通讯模块用于连接上位机。

进一步地，所述系统还包括输入检测模块，所述输入检测模块包括均与所述主控mcu连接的数字信号输入检测模块、开关信号量输入检测模块和按键输入检测模块。

进一步地，所述系统还包括与所述主控mcu连接的时钟模块。

进一步地，所述系统还包括与所述主控mcu连接的flash存储模块。

进一步地，所述主控mcu采用armcortex-m4型嵌入式处理器。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提出的一种油田管道伴热控制系统，通过实时采集产出液温度、管道压力、出线密封温度、管道尾端温度、辐射温度(油温)、伴热线缆表面温度、电压、电流等多种技术参数作为伴热系统的控制反馈指标，根据油粘温特性进行伴热控制，满足不同油田管道的伴热控制功能，通用性高，采用大小不同的功率输出控制模式，控制精度高，减少了大量的电源能耗，节能性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例1提供的一种油田管道伴热控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种油田管道伴热控制系统温度采集模块的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种油田管道伴热控制系统压力采集模块的结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的一种油田管道伴热控制系统功率控制模块的结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的一种油田管道伴热控制系统故障监测模块的结构示意图。

图中：主控mcu1、电源模块2、温度采集模块3、lora模块4、压力采集模块5、电压采集模块6、电流采集模块7、功率控制模块8、故障监测模块9、4g模块10、esp32通讯模块11、rs485通讯模块12、输入检测模块13、时钟模块14、flash存储模块15。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出的一种油田管道伴热控制系统，包括主控mcu1以及分别与主控mcu1连接的电源模块2、温度采集模块3、lora模块4、压力采集模块5、电压采集模块6、电流采集模块7、功率控制模块8、故障监测模块9、4g模块10、esp32通讯模块11、rs485通讯模块12、输入检测模块13、时钟模块14、flash存储模块15。

进一步地，主控mcu1采用armcortex-m4型嵌入式处理器，具体参数如下：armcortex-m432bmcu+fpu，210dmips，高达1mb闪存/1924kbram，usbotghs/fs，以太网，17tims，3adcs，15个通讯接口和摄像头。

电源模块2包括依次连接的电源输入接口、正负极反接保护电路、tps5430型开关电源芯片和电源滤波电路，用于为该系统提供dc3.3v、dc5v或dc24v等电源。

如图2所示，温度采集模块3包括分别用于采集产出液(油井采出的包含原油、水、气的混合原液)温度、辐射温度(油温)、出线密封温度、管道尾端温度、伴热线缆表面温度的多路温度传感器以及与多路温度传感器分别连接的多路信号转换电路。出线密封温度还包括不同出现的密封温度，如出线一密封温度、出现二密封温度。信号转换电路为4-20ma电流/电压转换电路。

lora模块4用于将通过温度传感器采集到的管道尾端温度通过lora无线传输方式发送至主控mcu1。lora无线传输方式有以下几个优点适合在油田环境工作：(1)lora在可视空旷稳定传输距离达到15km；(2)lora本身低功耗，适合低功耗产品。油田环境中管道尾与管道首端之间的距离较长，大概1-10km左右，管道尾端温度采集存在困难，所以管道尾端温度采集的无线传输距离要求至少能够达到10km，再者管道尾端还存在供电难，一般采用风光互补形式供电，所以要求产品要具有低功耗的特性，因此采用lora无线通信技术有效的解决了管道尾端温度采集的难点。

如图3所示，压力采集模块5包括用于采集管道压力的压力传感器以及与压力传感器连接的信号转换电路。信号转换电路为4-20ma电流/电压转换电路。多路传感器信号采用dma多路传输方式同时传输，并在主控mcu1进行多路传感器的数据处理。

电压采集模块6用于电伴热回路电压的采集，包括电压采集仪表。电流采集模块7用于电伴热回路电流的采集，包括电流采集仪表。

如图4所示，功率控制模块8包括用于控制电伴热回路固态继电器开关的控制固态继电器以及与控制固态继电器连接的继电器驱动电路、用于控制电伴热回路调压器切换小功率输出的小功率接触器以及与小功率接触器连接的小功率接触器驱动电路和用于控制电伴热回路调压器切换大功率输出的大功率接触器以及与大功率接触器连接的大功率接触器驱动电路。通过配备了大小功率两种模式，比如当需要调节的温度精度要求较高(控制精度0.1℃)时，可以切换到小功率进行精准调试控制，采用如此灵活的控制方式大大提高了伴热控制的精度，并且减少了大量的电源能耗。

进一步地，系统还包括与主控mcu1连接的故障监测模块9，如图5所示，故障监测模块9包括相互连接的led驱动电路和led故障指示灯。当伴热出现设备故障时，通过采集到的各参数发生异常及时侦测到设备故障，并通过led故障指示灯发出声光报警警示，还可以结合手机app进行故障排除，方便工程师进行检修故障。

进一步地，系统还包括与主控mcu1连接的4g模块10，主控mcu1通过uart通信接口与4g模块10通信连接，4g模块10用于连接云端服务器，实现mqtt协议消息推送以及订阅等功能，实现联网的功能，将所有采集的技术参数数据实时上传到云端，控制前端可以直接通过云端对现场主控设备进行相关配置，这样大大减少人力物力，方便油田管理者实时查看当前油田管道伴热效果，并且一旦出现设备故障立即推送消息给相关负责人以便及时检修。

进一步地，系统还包括与主控mcu1通过uart通信接口连接的esp32通讯模块11，esp32通讯模块11用于连接移动终端。esp32通讯模块11采用esp32型芯片，具备wifi/蓝牙双模式通信，可以直接跟手机等移动终端进行局域网无线通信，有效的解决了油田操作工程师在恶劣环境下操作难的问题，油田操作工程师可以通过手机app在现场实时查看采集到的相关数据和管道伴热效果。

进一步地，系统还包括与主控mcu1通过uart通信接口连接的rs485通讯模块12，rs485通讯模块12用于连接上位机。

进一步地，系统还包括输入检测模块13，输入检测模块13包括均与主控mcu1连接的数字信号输入检测模块、开关信号量输入检测模块和按键输入检测模块。按键输入检测模块13包括系统启动按钮输入检测和系统急停按钮输入检测。进一步地，系统还包括与主控mcu1通过iic通讯接口连接的rtc时钟模块14。进一步地，系统还包括与主控mcu1通过uart通信接口连接的flash存储模块15，用于本地flash记录保存。

本实施例的一种油田管道伴热控制系统，通过采集大量的实时数据，比如产出液温度、管道压力、出线一密封温度、出线二密封温度、管道尾端温度、辐射温度(油温)、伴热线缆表面温度、电压、电流等多个技术参数指标，符合现代数字化油田需求，根据油粘温特性进行伴热控制的灵活配置，油田工程师根据通过其他渠道获取的油运动粘度数据，选择不同的技术参数作为优先级控制指标，当运动粘度小于300厘沱时采用管道压力作为主要控制参数(主控)，其他参数可作为辅控；当运动粘度大于或者等于300厘沱小于1000厘沱采用辐射温度(油温)作为主要控制参数(主控)，其他参数作为辅控；当运动粘度大于或者等于1000厘沱时采用伴热线缆表面温度作为主要控制参数(主控)，其他参数作为辅控，满足不同油田管道的伴热控制功能。

具体的，采用逐渐梯级式的控制方式，比如采用主控、辅控一、辅控一、辅控三等多项参数来参与控制，设定主控优先级最高且控制范围最大，辅控一为第二优先级且控制范围比较大，辅控二为第三优先级且控制范围较小，辅控四为第四优先级且控制范围最小，比如主控的温度控制精度为5℃，辅控的温度控制精度为1℃等，当主控满足控制范围后启用辅控一来进行控制，当主控、辅控一两者都满足要求后启用辅控二来进行控制，当主控、辅控一、辅控二都满足要求后启用辅控三来进行控制，辅控三控制方式可以采用pwm来进行伴热调整，实现油田管道伴热控制具有极高的温度控制精度。

本实施例提出的一种油田管道伴热控制系统，通过实时采集产出液温度、管道压力、出线密封温度、管道尾端温度、辐射温度(油温)、伴热线缆表面温度、电压、电流等多种技术参数作为伴热系统的控制反馈指标，嵌入式操作系统，根据油粘温特性进行伴热控制，满足不同油田管道的伴热控制功能，通用性高，采用大小不同的功率输出控制模式，控制精度高，减少了大量的电源能耗，节能性好，通过wifi/蓝牙与手机终端建立通信，有效的解决了油田操作工程师在恶劣环境下操作难的问题，同时具备故障检测功能，内置4g模块10实现联网功能，便于及时故障维修。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。