油井控制柜设备仪表故障智能诊断模块及油田控制系统的制作方法

1.本实用新型属于抽油机电气设备故障智能诊断电子通信技术领域，具体涉及一种油井控制柜设备仪表故障智能诊断模块及油田控制系统。


背景技术：

2.石油及页岩油气的开采均在野外作业，开采点分布零散、地域广阔，一个开采点通常十来口甚至两三口井，实现开采场站的无人化值守建设和油井的智能化控制与高效的智慧维护是国家石油行业降本增效的必然发展趋势。
3.要实现无人值守的智能化开采，那么配套的智能化检测手段就必须配套，现场的电气设备、机械设备、传感仪表、控制设备等都要能做能做到运行状态的全面感知。现场任何设备发生故障都是不可避免的，发生故障导致生产停机，需要第一时间派人到荒郊野外进行维护、处理，及时、高效的进行故障排除，恢复正常生产是油田提高产能，降低生产维护成本的重要途径。
4.远程终端单元( remote terminal unit，rtu)是一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元；随着嵌入电子式技术与人工智能技术的发展，嵌入式系统已经具备非常强大的逻辑运算能力、边缘计算能力和足够的内外存储能力，使得现场设备的全面信息均可有效采集、处理、计算、分析、管理，形成一套人工智能的智能诊断系统；通过油田已有的网络通讯设备，将现场智能诊断结果反馈到数十乃至数百公里的控制中心，可为油田的维保管理提供科学的、点到点的高效解决方案，实现油田采油的智能化采油、智能化维保。
5.目前油气田开采现场设备的故障诊断和运维还存在以下两方面的问题，限制了数字化油田向智能化油田智能化运维发展的进程。
6.一、油井的生产重要数据基本实现了数字化，但现场电气设备及控制器件的状态信息还是没有。油田井场油井的生产由机电设备+控制设备+传感器设备构成，设备的构成又是由机械单元+电源单元+器件单元构成，任何一个环节的故障都可能导致油井停产。因此全面的感知现场元器件单元层的故障将尤为重要，将是实现智能生产运维的必要条件。
7.二、维保人员对现场设备的故障排查没有精确指导，需要全面排查，耗工费时。因现场导致停机的故障原因是多方面的，但故障现象却很单一，就是设备停止运行。由于油田多地处偏远，维保人员须驱车几十公里到现场对设备进行一一排查，一个小器件故障都可能进行全面的排查，对维保人员的技能要求和工作经验非常重要，还可能发生故障找到但没有带上更换配件的情况，延误处理时间，增加维保成本。


技术实现要素：

8.为克服现有技术存在的缺陷，本实用新型公开了一种油井控制柜设备仪表故障智能诊断模块。
9.本实用新型所述油井控制柜设备仪表故障智能诊断模块，包括中央处理器和与中
央处理器连接的io接口模块、led驱动芯片、存储器、看门狗芯片、时钟和接口芯片组；
10.所述接口芯片组包括rs485芯片和以太网芯片，所述io接口模块内置有ad转换器。
11.优选的，所述中央处理器为sim32f103、rs485芯片为sp3485en-l/tr、以太网驱动芯片为lan8720a、io接口模块为pca9539apw。
12.优选的，还包括与led驱动芯片连接的led导光柱。
13.优选的，所述存储器为flash。
14.本实用新型还公开了一种油田控制系统，包括控制中心和井场通讯柜，还包括可与井场通讯柜进行通信的多个井口控制柜，所述井口控制柜包括所述智能诊断模块，以及与智能诊断模块连接的智能诊断模块，所述智能诊断模块与柜内设备和柜外设备控制连接。
15.优选的，所述柜外设备包括油井的主电机及安装在井下的载荷传感器、角位移传感器、压力变送器。
16.优选的，所述柜内设备包括变压器、变频器、主电机交流接触器、平衡电机交流接触器和断路器。
17.本实用新型可实现油井的井口控制柜内设备、柜外设备以及线缆故障的数据采集及上传，实现油井野外控制柜内电气设备、柜外机电设备在无人值守状态下，现场故障在远程控制中心能及时呈现，提升故障处理效率。
附图说明
18.图1为本实用新型所述智能诊断模块的一种具体实施方式示意图；
19.图2为本实用新型所述油田控制系统的一种具体实施方式示意图；
20.图3为本实用新型所述井口控制柜的一种具体实施方式示意图。
具体实施方式
21.下面对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
22.本实用新型所述油井控制柜设备仪表故障智能诊断模块，包括中央处理器和与中央处理器连接的io接口模块、led驱动芯片、存储器、看门狗芯片、时钟和接口芯片组；所述接口芯片组包括rs485芯片和以太网芯片，所述io接口模块内置有ad转换器。
23.中央处理器可采用sim32f103处理器，主频达72mhz,ram 64kb，128kb rom，运行linux操作系统，采用模块化结构设计与现有的功能软件模块化。由sim32f103处理器调度与处理各个子模块进行输入输出运算与控制，同时通过io采集、智能分析、智能识别，实现智能诊断功能。中央处理器连接的看门狗芯片用于控制智能诊断模块自动工作和在出现故障时关停报警、时钟芯片用于提供工作时钟信号。
24.通过rs485芯片、以太网驱动芯片分别连接rs485接口、rj45以太网接口实现与外部网络通信,内部可运行现有通信协议如modbus-rtu、modbus-tcp、a11等通信协议，满足现场各类数字化仪表的接入和智能诊断结果的数字化输出。
25.io接口模块可采用32路io接口并内置ad转换器，配套接线端子，接入现场所需要诊断设备、诊断元件、诊断仪表的电源信号，通过交直转换或直直转换为数字电路信号，传输到中央处理器，中央处理器根据接收信号和逻辑控制状态信号诊断设备工作状态，并提
供诊断结果信息，进行逻辑运算与数据存储；led驱动芯片可外接led导光柱方便远程观察寻找对应油井控制柜；以太网芯片外接rj45网口进行以太网通讯；rs485芯片外接接线端子进行rs485通讯；io接口芯片外接接线端子连接现场交直流电压信号。
26.一个具体实施方式中，所述中央处理器为sim32f103、rs485芯片为sp3485en-l/tr、以太网驱动芯片为lan8720a、io接口模块为pca9539apw、ad模块为adc128s102。
27.本实用新型的一个典型应用方式如图2和3所示，应用于油田控制系统，包括控制中心和井场通讯柜，还包括可与井场通讯柜进行通信的多个井口控制柜，所述井口控制柜包括所述智能诊断模块，以及与智能诊断模块连接的智能rtu模块，所述智能诊断模块与柜内设备和柜外设备控制连接。
28.现有技术中，油田井场的每一口抽油机都有一台井口控制柜，井口控制柜内配置有智能诊断模块，智能诊断模块安装在井口控制柜内。智能诊断模块通过io接口模块对控制柜内的柜内设备如总断路器、微型断路器、主电机断路器、主电机交流接触器、平衡电机交流接触器、电源变压器、变频器以及其他电气单元信号连接，并与柜外设备如油压/套压压力变送器、载荷传感器、角位移传感器、主电机、其他模拟和数字传感器连接。
29.智能诊断模块通过rs485/tcp-ip与智能 rtu模块通讯，可通过io接口模块上载现场诊断信息，智能诊断模块再通过rs485 接口和rj45接口连接到井场通讯柜的无线接入点，网络设备将智能诊断模块接收到的所有信息发送到控制中心与scada系统交互，全面呈现现场诊断结果，让细微故障都能立体呈现。
30.本实用新型所述油田控制系统可通过加载现有软件，通过数据采样、智能算法，可实现油井控制柜内电气设备、柜外机电设备以及线缆故障的智能诊断，包括：供电掉电诊断、断路诊断、欠压诊断、仪表故障诊断、设备故障诊断、低压电器件故障诊断、动力电缆断路诊断等，实现油井野外控制柜内电气设备、柜外机电设备在无人值守状态下，现场故障在远程控制中心能立体呈现。使传统油井电气设备故障由面精确到点，故障处理及时、高效，维护管理实现智慧化，全面提升设备生产运行效率。
31.前文所述的为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。