CN112147926B - 一种井口气回收装置集中控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井口气回收装置集中控制系统及其控制方法，具体涉及天然气开采技术领域，包括人机交互界面，所述人机交互界面的输出端与自动控制器的输入端电连接，所述自动控制器的输出端与警报单元、保护单元、自动换向控制模块、自动动力分配模块和自动流程控制模块的输入端电连接。本发明通过设置数据存储单元、数据通讯单元、警报单元、保护单元和动力单元，实现多个系统的集中监控，提高整个系统的操控性和安全性，减少了人员的投入，极大的降低了对工作人员的经验性依赖，配合保护单元与警报单元使其安全性得到极大的提升，使其规范化操作的同时，无需多人巡检操作，人员往来度和风险大大降低，成本也得到极大的降低。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域，更具体地说，本发明涉及一种井口气回收装置集中控制系统及其控制方法。
背景技术
井口气回收业务是解决油气田试气试采、部分边缘井、零散井放空等过程中天然气外排而造成浪费的有效方法，对节约能源、减少环境污染有着重要意义，目前井口气回收业务存在着高温高压、易燃易爆、有毒有害、连续作业等特点，同时井口气回收企业众多，管理水平参差不齐，市场准入和行政审批无标准可依，存在着无序作业等安全环保隐患，可能导致泄漏、火灾、爆炸、人身伤亡等事故发生，目前井口气回收装置控制系统包含动力单元，干燥分离单元、压缩单元和供气充装单元，由3个橇和3套控制系统构成，系统各单元采用独立监控、即时换向压缩控制，监控点多，各控制系统无数据交互，未实现集中联动监控，需要多人巡检操作，人员往来度高，风险大，成本高，最高压缩压力25MPA，缸体换向时冲击大，在使用时各个系统单元之间并没有整合一体化控制，使其没有一个能够统一快速响应并处理的保护系统。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种井口气回收装置集中控制系统及其控制方法，本发明所要解决的技术问题是：系统单元采用独立监控、即时换向压缩控制，监控点多，各控制系统无数据交互，未实现集中联动监控，需要多人巡检操作，人员往来度高，风险大，成本高，最高压缩压力25MPA，缸体换向时冲击大，不能根据井况自动匹配动力和流程控制，在使用时各个系统单元之间并没有整合一体化控制，使其没有一个能够统一快速响应并处理的保护系统的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种井口气回收装置集中控制系统，包括人机交互界面，所述人机交互界面的输出端与自动控制器的输入端电连接，所述自动控制器的输出端与警报单元、保护单元和自动换向控制模块的输入端电连接，所述自动换向控制模块的输出端与动力单元的输入端电连接，所述自动换向控制模块与计时模块双向电连接，所述动力单元的输出端与运行状态检测单元的输入端电连接，所述运行状态检测单元的输入端与干燥分离单元的输出端电连接，所述运行状态检测单元的输出端与数据处理单元的输入端电连接，所述数据处理单元的输出端与数据存储单元和数据通讯单元的输入端电连接，所述数据通讯单元的输出端与自动控制器的输入端电连接，所述自动控制器的输出端与自动动力分配控制模块、自动流程控制模块和物联模块的输入端电连接，所述自动动力分配控制模块的输出端与动力单元的输入端电连接，所述自动流程控制模块的输出端与充装单元的输入端电连接，所述充装单元的输出端与运行状态检测单元的输入端电连接。
一种井口气回收装置集中控制方法，包括以下步骤：
S1、在工作人员使用时，首先通过人机交互界面将控制人机交互设定作业参数，报警压力、报警温度、停机压力、停机温度、转速保护值、电功率保护值、液位上限和震动上限，并且监控所有单元的状态，操作人员通过人机交互界面发送指令实现设备的控制，在使用时动力单元与干燥分离单元内的发电机与分子筛受自动控制器作用开始启动，随后运行状态检测单元实时的监控干燥分离单元与动力单元内的运行状态，将实时检测的温度、压力、露点、转速、电功率、液位、阀位和震动检测数据实时发送到数据处理单元，随后数据处理单元将数据对比分类，随后处理好的数据通过数据存储单元进行日志存储，同时实时数据通过数据通讯单元传送到自动控制器，自动控制器根据数据处理单元处理后的数据进行自动化按原设定的指令逻辑运行。
S2、当温度检测模块检测到温度异常，随后自动控制器启动警报单元和保护单元，警报单元检测警报数据类型，不同类型的报警信号警报等级不同，警报单元检测到为温度数据异常后，一级警报处理模块响应，警报指示灯与人机交互界面开始发出警报信息，同时保护单元检测报警数据，检测为温度异常后，内部的温控模块启动，对温度进行自动化控制，同时供电异常时为断路器对应保护，根据不同的故障对应不同的保护单元处理模块，同时工作人员使用自动控制器时，通过人机交互界面对自动控制器设定自动化运行的指令。
S3、系统首先上电初始化，启动自动控制器并通过人机交互界面输入作业数据，随后自动控制器通过运行状态检测分子筛与发电机数据，检测保护单元状态，状态自检无误后进入下一步，随后启动辅助系统，状态正常后启动电机并进入自动压缩流程，自动控制器检测压缩缸缸体位置信号到达第一设定位置时，计时模块开始自动化计时，随后计时结束后启动自动换向控制模块，检测到缸体位置到达第二设定位置时，计时结束并自动换向，保持循环进行，在循环检测的过程中检测到停机指令开始停止电机和干燥分离单元，同时工作人员能够在一段时间的自动化控制内无人员看管时，能够通过人机交互界面调取数据存储单元，查看固定时段内的设备运行数据，压缩单元由两个驱动组成，可同时为压缩单元提供动力，工作过程中A#电机驱动启动后一直保持运行，B#电机驱动根据控制器实时检测的工艺气压力控制启停，当压力小于设置值P1时，B#电机驱动启动，当压力大于设置值P2时，B#电机驱动停止，系统设置有死区防止频繁动作保障控制平稳，满足工艺需求同时实现节能控制，控制系统通过实时检测井口参数，与系统设定参数比对，当压力小于设置压力P3时，启动压缩控制流程，压力大于设置压力P4，启动旁通回路，关闭压缩流程，累计排量达到设定体积后，停止充装作业，满足不同井况需求，物联系统通过交换机与可编程控制器实时交互数据，可将可编程控制器采集的作业参数和设备状态发送到远程，实现远程检测，工程师可通过4G网络连接控制器，实现远程的故障诊断和升级调试服务。
作为本发明的进一步方案：所述运行状态检测单元包括温度检测模块、压力检测模块、露点检测模块、转速检测模块、状态检测模块、液位检测模块、阀位检测模块、气体检测模块和震动检测模块。
作为本发明的进一步方案：所述保护单元的输出端与温控模块、断路器、湿气处理模块、通风模块、消防模块、降压模块和缓速模块的输入端电连接，所述消防模块具体与警报单元对接，且通风模块设置为包含抽风机的通风管路，所述湿气处理模块为干燥分离单元的分子筛。
作为本发明的进一步方案：所述警报单元分为一级警报处理模块、二级警报处理模块和三级警报处理模块，在使用时根据出现的不同安全情况，其出现不同等级的警报进行响应，其中一级警报处理模块为设备温度功率等故障类问题警报，为指示灯及人机交互界面提示性警报，二级警报处理模块为露点、震动和液位等设备损坏风险类报警，为喇叭配合指示灯和人机交互界面的报警方式，同时三级警报处理模块为供电异常、压力过大、温度过高及气体泄漏安全类警报，此类警报直接牵动大范围的警报，存在一定的安全隐患需要相对专业化的紧急处理。
作为本发明的进一步方案：所述干燥分离单元包括分子筛，所述动力单元包括发电机，所述人机交互界面为基于自动控制器的辅助控制端口。
本发明的有益效果在于：
本发明通过设置保护单元、运行状态检测单元、数据存储单元、数据处理单元、自动控制器、数据通讯单元、警报单元、保护单元和动力单元，在使用时，自动控制器通过数据通讯单元与各个分属的功能单元之间保持单线通讯控制，将多个橇和多套控制系统集合统一控制，并开始对其分属式实时单线监控其各单元之间的运行状态，并且能够通过具体的运行状态与设定的限值对比，实时监控的数据某一项有问题后，根据具体问题类型启动警报单元的相应响应模块，同时启动保护单元内对应的处理模块并对问题自动化处理控制，这种方式能够将多个控制部件之间整合统一，并相应的对其数据一体化存储与管理，实现多个系统的集中监控，提高整个系统的操控性和安全性，减少了人员的投入，极大的降低了对工作人员的经验性依赖，配合保护单元与警报单元使其安全性得到极大的提升，使其规范化操作的同时，无需多人巡检操作，人员往来度和风险大大降低，成本也得到极大的降低。
本发明通过设置自动控制器、自动换向控制模块、运行状态检测单元、电机、数据处理单元和数据存储单元，在使用时自动控制器启动，并通过人机交互界面设定预定自动化数值，随后通过运行状态检测单元，检测压缩缸缸体位置信号到达第一设定位置时，计时模块开始自动化计时，随后计时结束后启动自动换向控制模块，检测到缸体位置到达第二设定位置时，计时结束并自动换向，保持循环进行，同时检测电机的转速、功率和震动等数据信息，这种方式相较于现有的控制方式能够极大的降低压缩缸内部缸体的震动，且检测延时自动控制，减少缸体换向的高压冲击，提高部件的寿命，降低设备的抖动和噪音，同时实现动力自动匹配和流程自动控制，能够满足不同井况需求。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明自动控制器的流程框图；
图中：1人机交互界面、2自动控制器、3数据通讯单元、4自动换向控制模块、5计时模块、6动力单元、7干污分离单元、8运行状态检测单元、9数据处理单元、10数据存储单元、11保护单元、12警报单元、13自动流程控制模块、14物联模块、15充装单元、16自动动力分配控制模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1-2所示，本发明提供了一种井口气回收装置集中控制系统，包括人机交互界面1，人机交互界面1的输出端与自动控制器2的输入端电连接，自动控制器2的输出端与警报单元12、保护单元11和自动换向控制模块4的输入端电连接，通过设置自动控制器2，采用的自动化流程控制，井口工况自适应，满足不同工艺流程需求，实现自动流程、自动增压，自动充装和保护，同时现有的自动控制器2均能够外拓展物联数据接入，实现数据的远程传输和远程调试，节省维护成本，提高的系统可靠性，保护单元11的输出端与温控模块、断路器、湿气处理模块、通风模块、消防模块、降压模块和缓速模块的输入端电连接，消防模块具体与警报单元12对接，且通风模块设置为包含抽风机的通风管路，湿气处理模块为冷热原理的工业除湿机设备，通过设置温控模块,温控模块能够起到很好的调节温度的效果，通过设置消防模块，消防模块能够与配套的消防设备接通，使其起到相互配合保护的效果，通过设置通风模块，通风模块能够在内部出现气体泄漏时，将空气迅速抽出，防止气体在内部堆积形成安全隐患，通过设置湿气处理模块，湿气处理模块在使用时能够在检测到露点时，进行除湿工作，自动换向控制模块4的输出端与动力单元6的输入端电连接，警报单元12分为一级警报处理模块、二级警报处理模块和三级警报处理模块，在使用时根据出现的不同安全情况，其出现不同等级的警报进行响应，其中一级警报处理模块为设备温度功率等故障类问题警报，为指示灯及人机交互界面1提示性警报，二级警报处理模块为露点、震动和液位等设备损坏风险类问题报警，为喇叭配合指示灯和人机交互界面1的报警方式，同时三级警报处理模块为供电异常、压力过大、温度过高及气体泄漏安全类警报，此类警报直接牵动大范围的警报，存在一定的安全隐患需要相对专业化的紧急处理，通过设置警报单元12，警报单元12能够根据具体的警报类型对工作人员进行相应的报警响应，自动换向控制模块4与计时模块5双向电连接，动力单元6的输出端与运行状态检测单元8的输入端电连接，运行状态检测单元8包括温度检测模块、压力检测模块、露点检测模块、转速检测模块、状态检测模块、液位检测模块、阀位检测模块、气体检测模块和震动检测模块，通过设置运行状态检测单元8，运行状态检测单元8能够对各个单元部件进行实时的监控并采集相应的数据，运行状态检测单元8的输入端与干燥分离单元7的输出端电连接，干燥分离单元7包括分子筛，动力单元6包括发电机，人机交互界面1为基于自动控制器2的辅助控制端口，通过设置人机交互界面1，人机交互界面1为自动控制器2的控制面板，使其操作与使用更为便捷，运行状态检测单元8的输出端与数据处理单元9的输入端电连接，数据处理单元9的输出端与数据存储单元10和数据通讯单元3的输入端电连接，数据通讯单元3的输出端与自动控制器2的输入端电连接，自动控制器2的输出端与自动动力分配控制模块16、自动流程控制模块13和物联模块14的输入端电连接，自动动力分配控制模块16的输出端与动力单元6的输入端电连接，自动流程控制模块13的输出端与充装单元15的输入端电连接，充装单元15的输出端与运行状态检测单元的输入端电连接。
一种井口气回收装置集中控制方法，包括以下步骤：
S1、在工作人员使用时，首先通过人机交互界面1将控制人机交互设定作业参数，报警压力、报警温度、停机压力、停机温度、转速保护值、电功率保护值、液位上限和震动上限，并且监控所有单元的状态，操作人员通过人机交互界面1发送指令实现设备的控制，在使用时动力单元6与干燥分离单元7内的发电机与分子筛受自动控制器2作用开始启动，随后运行状态检测单元8实时的监控干燥分离单元7与动力单元6内的运行状态，将实时检测的温度、压力、露点、转速、电功率、液位、阀位和震动检测数据实时发送到数据处理单元9，随后数据处理单元9将数据对比分类，随后处理好的数据通过数据存储单元10进行日志存储，同时实时数据通过数据通讯单元3传送到自动控制器2，自动控制器2根据数据处理单元9处理后的数据进行自动化按原设定的指令逻辑运行。
S2、当温度检测模块检测到温度异常，随后自动控制器2启动警报单元12和保护单元11，警报单元12检测警报数据类型，不同类型的报警信号警报等级不同，警报单元12检测到为温度数据异常后，一级警报处理模块响应，警报指示灯与人机交互界面1开始发出警报信息，同时保护单元11检测报警数据，检测为温度异常后，内部的升温模块与温控模块启动，对温度进行自动化控制，同时供电异常时为断路器对应保护，根据不同的故障对应不同的保护单元11处理模块，同时工作人员使用自动控制器2时，通过人机交互界面1对自动控制器2设定自动化运行的指令。
S3、系统首先上电初始化，启动自动控制器2并通过人机交互界面1输入作业数据，随后自动控制器2通过运行状态检测分子筛与发电机数据，检测保护单元11状态，状态自检无误后进入下一步，随后启动辅助系统，状态正常后启动电机并进入自动压缩流程，自动控制器2检测压缩缸缸体位置信号到达第一设定位置时，计时模块5开始自动化计时，随后计时结束后启动自动换向控制模块4，检测到缸体位置到达第二设定位置时，计时结束并自动换向，保持循环进行，在循环检测的过程中检测到停机指令开始停止电机和干燥分离单元7，同时工作人员能够在一段时间的自动化控制内无人员看管时，能够通过人机交互界面1调取数据存储单元10，查看固定时段内的设备运行数据，压缩单元由两个驱动组成，可同时为压缩单元提供动力，工作过程中A#电机驱动启动后一直保持运行，B#电机驱动根据控制器实时检测的工艺气压力控制启停，当压力小于设置值P1时，B#电机驱动启动，当压力大于设置值P2时，B#电机驱动停止，系统设置有死区防止频繁动作保障控制平稳，满足工艺需求同时实现节能控制，控制系统通过实时检测井口参数，与系统设定参数比对，当压力小于设置压力P3时，启动压缩控制流程，压力大于设置压力P4，启动旁通回路，关闭压缩流程，累计排量达到设定体积后，停止充装作业，满足不同井况需求，物联系统通过交换机与可编程控制器实时交互数据，可将可编程控制器采集的作业参数和设备状态发送到远程，实现远程检测，工程师可通过4G网络连接控制器，实现远程的故障诊断和升级调试服务。
最后应说明的几点是：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，但在本发明的基础上，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种井口气回收装置集中控制系统，包括人机交互界面（1），其特征在于：所述人机交互界面（1）的输出端与自动控制器（2）的输入端电连接，所述自动控制器（2）的输出端与警报单元（12）、保护单元（11）和自动换向控制模块（4）的输入端电连接，所述自动换向控制模块（4）的输出端与动力单元（6）的输入端电连接，所述自动换向控制模块（4）与计时模块（5）双向电连接，所述动力单元（6）的输出端与运行状态检测单元（8）的输入端电连接，所述运行状态检测单元（8）的输入端与干燥分离单元（7）的输出端电连接，所述运行状态检测单元（8）的输出端与数据处理单元（9）的输入端电连接，所述数据处理单元（9）的输出端与数据存储单元（10）和数据通讯单元（3）的输入端电连接，所述数据通讯单元（3）的输出端与自动控制器（2）的输入端电连接，所述自动控制器（2）的输出端与自动动力分配控制模块（16）、自动流程控制模块（13）和物联模块（14）的输入端电连接，所述自动动力分配控制模块（16）的输出端与动力单元（6）的输入端电连接，所述自动流程控制模块（13）的输出端与充装单元（15）的输入端电连接，所述充装单元（15）的输出端与运行状态检测单元的输入端电连接；
所述控制系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、在工作人员使用时，首先通过人机交互界面（1）将控制人机交互设定作业参数，报警压力、报警温度、停机压力、停机温度、转速保护值、电功率保护值、液位上限和震动上限，并且监控所有单元的状态，操作人员通过人机交互界面（1）发送指令实现设备的控制，在使用时动力单元（6）与干燥分离单元（7）内的发电机与分子筛受自动控制器（2）作用开始启动，随后运行状态检测单元（8）实时的监控干燥分离单元（7）与动力单元（6）内的运行状态，将实时检测的温度、压力、露点、转速、电功率、液位、阀位和震动检测数据实时发送到数据处理单元（9），随后数据处理单元（9）将数据对比分类，随后处理好的数据通过数据存储单元（10）进行日志存储，同时实时数据通过数据通讯单元（3）传送到自动控制器（2），自动控制器（2）根据数据处理单元（9）处理后的数据进行自动化按原设定的指令逻辑运行；
S2、当温度检测模块检测到温度异常，随后自动控制器（2）启动警报单元（12）和保护单元（11），警报单元（12）检测警报数据类型，不同类型的报警信号警报等级不同，警报单元（12）检测到为温度数据异常后，一级警报处理模块响应，警报指示灯与人机交互界面（1）开始发出警报信息，同时保护单元（11）检测报警数据，检测为温度异常后，内部的升温模块与温控模块启动，对温度进行自动化控制，同时供电异常时为断路器对应保护，根据不同的故障对应不同的保护单元（11）处理模块，同时工作人员使用自动控制器（2）时，通过人机交互界面（1）对自动控制器（2）设定自动化运行的指令；
S3、系统首先上电初始化，启动自动控制器（2）并通过人机交互界面（1）输入作业数据，随后自动控制器（2）通过运行状态检测分子筛与发电机数据，检测保护单元（11）状态，状态自检无误后进入下一步，随后启动辅助系统，状态正常后启动电机并进入自动压缩流程，自动控制器（2）检测压缩缸缸体位置信号到达第一设定位置时，计时模块（5）开始自动化计时，随后计时结束后启动自动换向控制模块（4），检测到缸体位置到达第二设定位置时，计时结束并自动换向，保持循环进行，在循环检测的过程中检测到停机指令开始停止电机和干燥分离单元（7），同时工作人员能够在一段时间的自动化控制内无人员看管时，能够通过人机交互界面（1）调取数据存储单元（10），查看固定时段内的设备运行数据，压缩单元由两个驱动组成，可同时为压缩单元提供动力，工作过程中A#电机驱动启动后一直保持运行，B#电机驱动根据控制器实时检测的工艺气压力控制启停，当压力小于设置值P1时，B#电机驱动启动，当压力大于设置值P2时，B#电机驱动停止，系统设置有死区防止频繁动作保障控制平稳，满足工艺需求同时实现节能控制，控制系统通过实时检测井口参数，与系统设定参数比对，当压力小于设置压力P3时，启动压缩控制流程，压力大于设置压力P4，启动旁通回路，关闭压缩流程，累计排量达到设定体积后，停止充装作业，满足不同井况需求，物联系统通过交换机与可编程控制器实时交互数据，可将可编程控制器采集的作业参数和设备状态发送到远程，实现远程检测，工程师可通过4G网络连接控制器，实现远程的故障诊断和升级调试服务。
2.根据权利要求1所述的一种井口气回收装置集中控制系统，其特征在于：所述运行状态检测单元（8）包括温度检测模块、压力检测模块、露点检测模块、转速检测模块、状态检测模块、液位检测模块、阀位检测模块、气体检测模块和震动检测模块。
3.根据权利要求1所述的一种井口气回收装置集中控制系统，其特征在于：所述保护单元（11）的输出端与温控模块、断路器、湿气处理模块、通风模块、消防模块、降压模块和缓速模块的输入端电连接，所述消防模块具体与警报单元（12）对接，且通风模块设置为包含抽风机的通风管路，所述湿气处理模块为干燥分离单元（7）的分子筛。
4.根据权利要求1所述的一种井口气回收装置集中控制系统，其特征在于：所述警报单元（12）分为一级警报处理模块、二级警报处理模块和三级警报处理模块，在使用时根据出现的不同安全情况，其出现不同等级的警报进行响应，其中一级警报处理模块为设备温度功率等故障类问题警报，为指示灯及人机交互界面（1）提示性警报，二级警报处理模块为露点、震动、温度、压力和液位等设备损坏风险类报警，为喇叭配合指示灯和人机交互界面（1）的报警方式，同时三级警报处理模块为供电异常、压力过大、温度过高及气体泄漏安全类警报，此类警报直接牵动大范围的警报，存在一定的安全隐患需要相对专业化的紧急处理。
5.根据权利要求1所述的一种井口气回收装置集中控制系统，其特征在于：所述干燥分离单元（7）包括分子筛，所述动力单元（6）包括发电机，所述人机交互界面（1）为基于自动控制器（2）的辅助控制端口。
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