CN103105839A - 压裂设备智能网络控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂设备智能网络控制系统及方法，其系统包括多个压裂设备控制系统和多个分别对应与多个压裂设备控制系统相接的网络交换设备，多个网络交换设备级联组成了以太网环形网络；压裂设备控制系统包括可编程逻辑控制器和通过网卡与可编程逻辑控制器相接的工业控制计算机，可编程逻辑控制器的输入端接有传感器，可编程逻辑控制器的输出端接有执行器，工业控制计算机通过网卡与网络交换设备相接；其方法包括步骤：一、获取IP地址，二、建立TCP连接，三、数据实时采集及共享，四、数据处理。本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，网络结构自由灵活，稳定性高，满足大规模施工的需要，实用性强，推广应用价值高。

Description

压裂设备智能网络控制系统及方法

技术领域

本发明属于压裂技术领域，尤其是涉及一种压裂设备智能网络控制系统及方法。

背景技术

大型压裂车组配合作业的长期稳定运行，不仅依赖于压裂车组单车控制系统的高精度控制，还需要可靠灵活的网络通讯系统。现有相当数量压裂车组的网络通讯通过交换机实现PLC之间的数据传输，该通讯模式能够较好地满足小规模压裂车组配合作业的需要，但是仍然存在许多不足，具体表现为：

（1）当压裂作业规模增大，需要较大规模压裂车组协同作业时，网络通讯结构较复杂，数据交换效率和实时性降低；

（2）由于受到PLC功能限制，现有压裂车组无法做到任意分组和任意替换，在实际施工中存在不便；

（3）PLC显示设备界面无法自动调整，在设备数量较多时需要额外的显示设备，给操作带来不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现方便、功能模块划分清晰合理、网络结构自由灵活、稳定性高、满足大规模施工的需要的压裂设备智能网络控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：包括多个压裂设备控制系统和多个分别对应与多个压裂设备控制系统相接的网络交换设备，多个所述网络交换设备级联组成了以太网环形网络；所述压裂设备控制系统包括可编程逻辑控制器和通过网卡与可编程逻辑控制器相接的工业控制计算机，所述可编程逻辑控制器的输入端接有用于对压裂设备的实时施工数据进行采集的传感器，所述可编程逻辑控制器的输出端接有用于完成压裂设备施工作业的执行器，所述工业控制计算机通过网卡与所述网络交换设备相接。

上述的压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：所述网络交换设备为交换机或路由器。

上述的压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：每个所述网络交换设备均有n个端口，其中1个端口为开启了DHCP服务的VLAN1端口，其余n-1个端口均为无DHCP服务的VLAN2端口；所述压裂设备控制系统的数量和所述网络交换设备的数量均为m个，其中1个所述网络交换设备通过VLAN1端口和一个VLAN2端口接入以太网环形网络，其余m-1所述网络交换设备均通过两个VLAN2端口接入以太网环形网络；其中，n和m均为不小于2的自然数。

上述的压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：所述网卡为多口网卡或由两块单口网卡构成。

上述的压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：所述压裂设备控制系统为压裂车控制系统，所述传感器包括流量计、压力传感器、温度传感器和接近开关，所述执行器包括比例阀控制器和电磁阀。

本发明还提供了一种稳定性高、满足大规模施工需要的压裂设备智能网络控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、获取IP地址：系统启动后，每台所述工业控制计算机均通过DHCP服务获取IP地址；

步骤二、建立TCP连接：首先，每台所述工业控制计算机均对以太网环形网络内的其它工业控制计算机进行搜索并按照IP地址排序，然后，每台所述工业控制计算机均向排序在其后的工业控制计算机发起TCP连接请求，从而建立起TCP连接；

步骤三、数据实时采集及共享：每台所述工业控制计算机均接收所述可编程逻辑控制器从传感器采集的本地实时数据，对数据进行实时显示，并将数据通过步骤一中建立的TCP连接发送给其它各台所述工业控制计算机，实现数据共享；

步骤四、数据处理：每台所述工业控制计算机均通过TCP连接接收其它所述工业控制计算机发送的实时采集数据并进行显示，同时，每台所述工业控制计算机均实时判断其接收到的数据中是否有用户通过操作本台所述工业控制计算机或其它工业控制计算机输入的控制指令，当判断到有控制指令输入时，所述工业控制计算机对控制指令进行解析后发送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器接收解析后的控制指令并控制执行器执行相应动作。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便。

2、本发明的功能模块划分清晰合理：可编程逻辑控制器作为控制核心，仅与工业控制计算机进行工业以太网通讯，负责控制底层执行器以及传输传感器数据，既发挥了其适用于工业控制应用的特点，又避免了可编程逻辑控制器在TCP连接数量较大时效率低下、不便扩展的缺陷；而工业控制计算机通过可编程逻辑控制器对施工期间的实时数据进行监控，并利用网络交换设备组成环网，基于工业控制计算机能够实现各种可编程逻辑控制器难以实现或无法实现的功能，并且为后续功能的进一步扩展提供了基础。

3、本发明满足大规模施工的需要：本发明理论上一共能够容纳约240个压裂设备控制系统，能够实现对240台压裂设备的组网控制，完全能够满足大规模石油钻采施工对排量的要求，由于可以采用工业控制计算机进行界面程序开发，用户界面的自由度远超可编程逻辑控制器界面，能够根据实际的设备数量方便灵活的安排各个设备在界面上的显示，而不必使用额外的显示设备。

4、本发明网络结构自由灵活，相同类型设备完全可互换：使用工业控制计算机进行网络连接保证了所有设备内部结构的一致性，因此同一类型的任意两台设备能够互相替换，在多台设备分组时不必考虑设备编号，能够任意分组以满足施工需要，且一台设备发生故障时能够抽调其他同类型设备顶替。不同批次、类型的任意设备均可连入以太网环形网络并可在同一工业控制计算机上监控。

5、本发明保证了系统的稳定性：由于网络拓扑为环形，具有一定的冗余性，在一段网线出现故障时能够维持网络连接正常，保证系统继续运行。

6、本发明的实用性强，使用效果好，推广应用价值高。

综上所述，本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，功能模块划分清晰合理，网络结构自由灵活，相同类型设备完全可互换，稳定性高，满足大规模施工的需要，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明压裂设备组网控制网络系统的电路原理框图。

图2为本发明压裂设备控制系统的电路原理框图。

图3为本发明压裂设备智能网络控制方法的方法流程图。

附图标记说明:

1—压裂设备控制系统；1-1—可编程逻辑控制器；1-2—网卡；

1-3—工业控制计算机；1-4—传感器；1-5—执行器；

2—网络交换设备。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述的压裂设备智能网络控制系统，包括多个压裂设备控制系统1和多个分别对应与多个压裂设备控制系统1相接的网络交换设备2，多个所述网络交换设备2级联组成了以太网环形网络；所述压裂设备控制系统1包括可编程逻辑控制器1-1和通过网卡1-2与可编程逻辑控制器1-1相接的工业控制计算机1-3，所述可编程逻辑控制器1-1的输入端接有用于对压裂设备的实时施工数据进行采集的传感器1-4，所述可编程逻辑控制器1-1的输出端接有用于完成压裂设备施工作业的执行器1-5，所述工业控制计算机1-3通过网卡1-2与所述网络交换设备2相接。

本实施例中，所述网络交换设备2为交换机或路由器。每个所述网络交换设备2均有n个端口，其中1个端口为开启了DHCP服务的VLAN1端口，其余n-1个端口均为无DHCP服务的VLAN2端口；所述压裂设备控制系统1的数量和所述网络交换设备2的数量均为m个，其中1个所述网络交换设备2通过VLAN1端口和一个VLAN2端口接入以太网环形网络，其余m-1所述网络交换设备2均通过两个VLAN2端口接入以太网环形网络；其中，n和m均为不小于2的自然数。此种连接方式，能够确保以太网环形网络上的DHCP功能，而且保证互相连接组成以太网环形网络后不会发生多个DHCP共存导致冲突的情况。

本实施例中，所述网卡1-2为多口网卡或由两块单口网卡构成；当采用多口网卡时，多口网卡中的其中一个端口用于连接可编程逻辑控制器1-1，另外一个端口用于连接网络交换设备2；当采用两块单口网卡时，其中一块单口网卡用于连接可编程逻辑控制器1-1，另外一个单口网卡用于连接网络交换设备2。所述压裂设备为压裂车，所述压裂设备控制系统1为压裂车控制系统，所述传感器1-4包括流量计、压力传感器、温度传感器和接近开关，所述执行器1-5包括比例阀控制器和电磁阀。

另外，所述压裂设备还可以为混砂车、仪表车、固井车、液氮泵车或连续油管车，所述压裂设备控制系统1还可以为混砂车控制系统、仪表车控制系统、固井车控制系统、液氮泵车控制系统或连续油管车控制系统。

结合图3，本发明所述的压裂设备智能网络控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、获取IP地址：系统启动后，每台所述工业控制计算机1-3均通过DHCP服务获取IP地址；

步骤二、建立TCP连接：首先，每台所述工业控制计算机1-3均对以太网环形网络内的其它工业控制计算机1-3进行搜索并按照IP地址排序，然后，每台所述工业控制计算机1-3均向排序在其后的工业控制计算机1-3发起TCP连接请求，从而建立起TCP连接；能够保证各个工业控制计算机1-3互联且连接唯一，实现数据交换和远程控制；

步骤三、数据实时采集及共享：每台所述工业控制计算机1-3均接收所述可编程逻辑控制器1-1从传感器1-4采集的本地实时数据，对数据进行实时显示，并将数据通过步骤一中建立的TCP连接发送给其它各台所述工业控制计算机1-3，实现数据共享；

步骤四、数据处理：每台所述工业控制计算机1-3均通过TCP连接接收其它所述工业控制计算机1-3发送的实时采集数据并进行显示，同时，每台所述工业控制计算机1-3均实时判断其接收到的数据中是否有用户通过操作本台所述工业控制计算机1-3或其它工业控制计算机1-3输入的控制指令，当判断到有控制指令输入时，所述工业控制计算机1-3对控制指令进行解析后发送给可编程逻辑控制器1-1，可编程逻辑控制器1-1接收解析后的控制指令并控制执行器1-5执行相应动作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：包括多个压裂设备控制系统（1）和多个分别对应与多个压裂设备控制系统（1）相接的网络交换设备（2），多个所述网络交换设备（2）级联组成了以太网环形网络；所述压裂设备控制系统（1）包括可编程逻辑控制器（1-1）和通过网卡（1-2）与可编程逻辑控制器（1-1）相接的工业控制计算机（1-3），所述可编程逻辑控制器（1-1）的输入端接有用于对压裂设备的实时施工数据进行采集的传感器（1-4），所述可编程逻辑控制器（1-1）的输出端接有用于完成压裂设备施工作业的执行器（1-5），所述工业控制计算机（1-3）通过网卡（1-2）与所述网络交换设备（2）相接。

2.按照权利要求1所述的压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：所述网络交换设备（2）为交换机或路由器。

3.按照权利要求1或2所述的压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：每个所述网络交换设备（2）均有n个端口，其中1个端口为开启了DHCP服务的VLAN1端口，其余n-1个端口均为无DHCP服务的VLAN2端口；所述压裂设备控制系统（1）的数量和所述网络交换设备（2）的数量均为m个，其中1个所述网络交换设备（2）通过VLAN1端口和一个VLAN2端口接入以太网环形网络，其余m-1所述网络交换设备（2）均通过两个VLAN2端口接入以太网环形网络；其中，n和m均为不小于2的自然数。

4.按照权利要求1或2所述的压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：所述网卡（1-2）为多口网卡或由两块单口网卡构成。

5.按照权利要求1或2所述的压裂设备智能网络控制系统，其特征在于：所述压裂设备控制系统（1）为压裂车控制系统，所述传感器（1-4）包括流量计、压力传感器、温度传感器和接近开关，所述执行器（1-5）包括比例阀控制器和电磁阀。

6.一种利用如权利要求3所述控制系统的压裂设备智能网络控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、获取IP地址：系统启动后，每台所述工业控制计算机（1-3）均通过DHCP服务获取IP地址；

步骤二、建立TCP连接：首先，每台所述工业控制计算机（1-3）均对以太网环形网络内的其它工业控制计算机（1-3）进行搜索并按照IP地址排序，然后，每台所述工业控制计算机（1-3）均向排序在其后的工业控制计算机（1-3）发起TCP连接请求，从而建立起TCP连接；

步骤三、数据实时采集及共享：每台所述工业控制计算机（1-3）均接收所述可编程逻辑控制器（1-1）从传感器（1-4）采集的本地实时数据，对数据进行实时显示，并将数据通过步骤一中建立的TCP连接发送给其它各台所述工业控制计算机（1-3），实现数据共享；

步骤四、数据处理：每台所述工业控制计算机（1-3）均通过TCP连接接收其它所述工业控制计算机（1-3）发送的实时采集数据并进行显示，同时，每台所述工业控制计算机（1-3）均实时判断其接收到的数据中是否有用户通过操作本台所述工业控制计算机（1-3）或其它工业控制计算机（1-3）输入的控制指令，当判断到有控制指令输入时，所述工业控制计算机（1-3）对控制指令进行解析后发送给可编程逻辑控制器（1-1），可编程逻辑控制器（1-1）接收解析后的控制指令并控制执行器（1-5）执行相应动作。

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