CN111268633A - 连续加油装置的分布式自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了连续加油装置的分布式自动控制系统，包括主橇、第一分配橇、第二分配橇，主橇上连接主橇控制单元和供油箱，第一分配橇、第二分配橇上均连接一个分配橇控制单元，第一分配橇、第二分配橇分别连接多个能够供回油的油路，每个油路均连接供油箱，每个油路上均连接一个电磁阀，多个位于同一分配橇上的电磁阀连接同一个分配橇控制单元，主橇控制单元和两个分配橇控制单元依次电性连接形成环形以太网，还包括通过无线信号发射实现主橇控制单元与远程控制单元的通讯；本发明的控制系统，自动化程度高，可以在现场边作业边加油，实现了长时间不停机作业，解决了大型压裂作业时间长、压裂所需马力大的问题。

Description

连续加油装置的分布式自动控制系统

技术领域

本发明属于油田压裂作业设备技术领域，涉及连续加油装置的分布式自动控制系统。

背景技术

连续加油装置是一种用于压裂机组的集中式连续供油装置。目前，非常规油气开发规模不断扩大、施工工况日趋恶劣，传统的压裂车不仅因为自带油箱而存在着火的安全隐患，还因为连续作业时间的延长，需要消耗大量的燃油，而这种迫切的需求与新国标GB1589-2016限制了大型压裂车的整车重量，从而限制了上装油箱的重量相矛盾，使得大型压裂作业受到了极大的阻碍。

发明内容

本发明的目的是提供连续加油装置的分布式自动控制系统，能够根据车辆信息实现远程控制加油，自动化程度高。

本发明所采用的技术方案是，连续加油装置的分布式自动控制系统，包括主橇、第一分配橇、第二分配橇，主橇上连接主橇控制单元和供油箱，第一分配橇、第二分配橇上均连接一个分配橇控制单元，第一分配橇、第二分配橇分别连接多个能够供回油的油路，每个油路均连接供油箱，每个油路上均连接一个电磁阀，多个位于同一分配橇上的电磁阀连接同一个分配橇控制单元，主橇控制单元和两个分配橇控制单元依次电性连接形成环形以太网，主橇控制单元通过无线WIFI连接远程控制单元。

本发明的特点还在于：

主橇控制单元包括PLC主控制器，PLC主控制器连接主橇智能IO，主橇智能IO通过扩展以太网口连接第二分配橇上的分配橇控制单元，主橇PLC主控制器连接第一分配橇上的分配橇控制单元，PLC主控制器连接交换机，交换机连接显示屏。

分配橇控制单元包括分配橇控制器和智能IO，分配橇控制器连接分配橇智能IO，分配橇控制单元连接主橇控制单元，分配橇智能IO连接电磁阀。

主橇与第一分配橇之间以及主橇与第二分配橇之间均通过电缆线连接供电，电缆线为四芯线，四芯线中两芯线为备用线。

第一分配橇、第二分配橇分别连接12路能够供回油的油路。

主橇控制单元与远程控制单元通过WIFI耦合方式实现无线数据交互。

主橇上还连接电源，电源采用主备双源的冗余设计，电源连接主橇控制单元、两个分配橇控制单元、每个电磁阀。

本发明的有益效果是，

1)本发明连续加油装置的分布式自动控制系统，每一组控制单元都设计有一个自动化的控制模块，它采用具有高速扫描功能的PLC作为控制元件，通过有线的方式将各种信号汇总于主橇控制单元，通过无线的方式连接移动式远程控制单元，实现就地和远程的双重控制和显示，系统操作灵活、安全可靠性高。

2)本发明连续加油装置的分布式自动控制系统，采用自动化技术，只需一键式操作即可自动完成起机前排空作业、集中供油作业、油管线排空作业、油罐排空作业，自动化程度高。特别是，由于其边作业边加油的特点，彻底解决了大型压裂长时间作业的问题。环网冗余和应急预案的设计，充分考虑了安全生产、稳定作业的要求，确保系统作业的持续稳定进行。

附图说明

图1为本发明连续加油装置的分布式自动控制系统结构示意图，；

图2为本发明的自动控制系统内部模块图；

图3为本发明的自动控制系统界面操作示意图。

图中，1.主橇，2.第一分配橇，3.第二分配橇，4.主橇控制单元，5.分配橇控制单元，6.远程控制单元，7.电磁阀，8.供油箱，9.油路，10.电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明连续加油装置的分布式自动控制系统，如图1所示，包括主橇1、第一分配橇2、第二分配橇3，所述主橇1连接主橇控制单元4和供油箱8，第一分配橇2、第二分配橇3上均连接一个分配橇控制单元5，第一分配橇2、第二分配橇3分别连接多个供回油的油路9，每个所述油路9均连接供油箱8，每个所述油路9上均连接一个电磁阀7，多个位于同一分配橇上的电磁阀7连接同一个分配橇控制单元5，主橇控制单元4和两个分配橇控制单元5依次电性连接形成环形以太网，主橇控制单元4分别和两个分配橇控制单元通过四芯电源线连接为分配橇提供所需电源，主橇控制单元4通过无线信号发射与远程控制单元6通讯。

如图2所示，主橇控制单元4包括PLC主控制器，PLC主控制器连接主橇智能IO，主橇智能IO通过PLC扩展通讯口连接第二分配橇3上的分配橇控制单元5，主橇PLC主控制器直接连接第一分配橇2上的分配橇控制单元5，所述PLC主控制器连接交换机，主橇无线收发模块通过WIFI连接远程控制单元6，组成无线的局域网，通过2.4G和5G的网络通讯，以实现远程控制，交换机连接显示屏。

分配橇控制单元5包括分配橇控制器，所述分配橇控制器连接分配橇智能IO，分配橇控制单元5连接主橇控制单元4，分配橇智能IO连接同一分配撬上的多个电磁阀7。

主橇智能IO、分橇智能IO均包括所需的数字量和模拟量模块，主橇智能IO还包括多种通讯模块。

主橇1与第一分配橇2之间以及主橇1与第二分配橇3之间均通过电缆线连接，所述电缆线为四芯线，所述四芯线中两芯线为备用线，正常情况下采用工作的两芯线，紧急情况下切换到备用的两芯线供电。

第一分配橇2、第二分配橇3分别连接12路能够供回油的油路9。

主橇控制单元4与远程控制单元6通过WIFI耦合方式实现无线数据交互，从而达到对作业现场远程遥控的目的，多种方式相结合，使操作更灵活、方便。

主橇1上还连接电源10，所述电源10采用主备双源的冗余设计电源，所述电源10连接主橇控制单元4、两个分配橇控制单元5、每个电磁阀7。

本发明连续加油装置的分布式自动控制系统中各部件的作用如下：

主橇1是一个主要的控制部分的载体，还承载有较大的供油箱8，主橇1上连接主橇控制单元4。

第一分配橇2、第二分配橇3为结构相同的载体，还连接多个油路9，每个油路9上连接一个电磁阀7，第一分配橇2、第二分配橇3上均连接控制电磁阀7开关的分配橇控制单元5。

主橇控制单元4是一个总的控制核心，内部包括PLC主控制器、主橇智能IO、交换机、触摸屏、无线收发模块等，工作原理为：PLC主控制器通过环网方式采集第一分配橇2、第二分配橇3上的数据信息，并且能够分析采集的数据信息，根据分析结果对第一分配橇2、第二分配橇3发出指令，另外主橇控制单元4还能够通过发射无线信号连接远程控制单元6，便于远程控制。

PLC扩展通讯口便于主橇控制单元4连接第二分配橇控制单元5。

分配橇控制单元5是一个分橇上的控制核心，能够接收主橇控制单元4发出的指令，控制不同的电磁阀7开/关，并将数据信息通过环形以太网反馈至主橇控制单元4。

主橇控制单元4包括耦合模块、无线收发模块，无线收发模块便于与远程控制单元的信号传输。

第一分配橇2、第二分配橇3上的分配橇控制器作为耦合模块与主橇通讯。

如图3所示，电源10采用冗余设计实现单电源故障时的可持续供电，采用主备双电源切换实现自动控制系统故障时的紧急处置。电源内部包括电源A和电源B，正常工作时主橇1输出给第一分配橇2、第二分配橇3之和为电源A输出值和电源B输出值之和，当电源A(或电源B)发生故障，电源冗余模块会检测到该故障并自动切断故障回路电源，主橇1输出的电源C输出值仅为剩余正常电源B(或A)，从而保证了单电源故障分配橇的可持续供电。当工作过程中自动控制系统失效时，可通过主橇控制单元上的手动应急切换按钮切换到应急状态，采用点对点的方式给分配橇工作组车辆供电。

本发明连续加油装置的分布式自动控制系统的工作过程如下：

首先将车辆开至油路9处，建立与分配橇供回油路的油管连接和与主橇的通讯连接，将车辆信息以及相应的启用油路信息通过显示屏输入至PLC主控制器进行存储，待车辆启动加油时，PLC主控制器自动识别车辆信息，并进行分析判断发出加油信息，加油信息通过主橇主控制器传输至第一分配橇2上的分配橇控制单元5，通过主橇控制单元4拓展以太网通讯口传输至第二分配橇3上的分配橇控制单元5，第一分配橇2与第二分配橇3上的分配橇控制单元5控制相应橇的电磁阀7开启，当车辆作业完成后，PLC主控制器自动发出关闭电磁阀7的指令，完成本次加油。

通过以上方式，本发明连续加油装置的分布式自动控制系统，可一键式操作，自动完成起机前排空作业、集中供油作业、油管线排空作业、油罐排空作业。可以在现场边作业边加油，实现了长时间不停机作业，解决了大型压裂作业时间长、压裂所需马力大的问题。

Claims (7)

1.连续加油装置的分布式自动控制系统，其特征在于，包括主橇(1)、第一分配橇(2)、第二分配橇(3)，所述主橇(1)上连接主橇控制单元(4)和供油箱(8)，所述第一分配橇(2)、第二分配橇(3)上均连接一个分配橇控制单元(5)，所述第一分配橇(2)、第二分配橇(3)分别连接多个能够供回油的油路(9)，每个所述油路(9)均连接供油箱(8)，每个所述油路(9)上均连接一个电磁阀(7)，多个位于同一分配橇上的电磁阀(7)连接同一个分配橇控制单元(5)，所述主橇控制单元(4)和两个分配橇控制单元(5)依次电性连接形成环形以太网，所述主橇控制单元(4)通过无线WIFI连接远程控制单元(6)。

2.根据权利要求1所述连续加油装置的分布式自动控制系统，其特征在于，所述主橇控制单元(4)包括PLC主控制器，所述PLC主控制器连接主橇智能IO，所述主橇智能IO通过扩展以太网口连接第二分配橇(3)上的分配橇控制单元(5)，所述主橇PLC主控制器连接第一分配橇(2)上的分配橇控制单元(5)，所述PLC主控制器连接交换机，所述交换机连接显示屏。

3.根据权利要求2所述连续加油装置的分布式自动控制系统，其特征在于，所述分配橇控制单元(5)包括分配橇控制器和智能IO，所述分配橇控制器连接分配橇智能IO，所述分配橇控制单元(5)连接主橇控制单元(4)，所述分配橇智能IO连接电磁阀(7)。

4.根据权利要求1所述连续加油装置的分布式自动控制系统，其特征在于，所述主橇(1)与第一分配橇(2)之间以及主橇(1)与第二分配橇(3)之间均通过电缆线连接供电，所述电缆线为四芯线，所述四芯线中两芯线为备用线。

5.根据权利要求所述连续加油装置的分布式自动控制系统，其特征在于，所述第一分配橇(2)、第二分配橇(3)分别连接12个能够供回油的油路(9)。

6.根据权利要求1所述连续加油装置的分布式自动控制系统，其特征在于，所述主橇控制单元(4)与远程控制单元(6)通过WIFI耦合方式实现无线数据交互。

7.根据权利要求1所述连续加油装置的分布式自动控制系统，其特征在于，所述主橇(1)上还连接电源(10)，所述电源(10)采用主备双源的冗余设计，所述电源(10)连接主橇控制单元(4)、两个分配橇控制单元(5)、每个电磁阀(7)。

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