CN112269331A - 一种油井井场数字化设备故障恢复系统及恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油井井场数字化设备故障恢复系统及恢复方法，数字化设备故障恢复系统包括信号采集单元，信息处理单元及与指令执行单元，所述信号采集单元，用于采集和处理油井井场电杆数字化设备的输出信号，将处理后的油井井场电杆数字化设备输出信号传输至信号处理单元，所述处理指将采集到的油井井场电杆数字化设备的输出信号转换为数字信号；所述信息处理单元，根据信号采集单元传输的输出信号对油井井场电杆数字化设备的通断状态进行检测，根据检测结果判断是否向指令执行单元发出开关量信号；所述指令执行单元，用于接收信息处理单元的开关量信号，根据开关量信号控制油井井场数字化设备断电重启。

Description

一种油井井场数字化设备故障恢复系统及恢复方法

技术领域

本发明属于石油行业数字化技术领域，具体涉及一种油井井场数字化设备故障恢复系统及方法，可用于对油井井场数字化控制柜内电子设备的通讯信号进行自动检测、及时发现设备故障，并进行设备断电重启。

背景技术

油田数字化是降低现场员工的工作量，保障生产的安全,提升油田生产管理水平，实现油田降本增效的有效手段。

长庆油田目前数字化建设已形成规模，油井井场都架设数字化电杆，作为前段生产数据采集的重要环节，数字化电子设备(RTU、视频服务器、网桥以及摄像机等)实现井场抽油机井载荷、位移、电参数据，配水阀组压力、流量数据，井场视频图像数据等的采集和传输。但是，这些数字化电子设备由于发热、尘土堆积、数据包过大等原因，不可避免的会产生死机问题，造成功图、视频、水井等数据传输中断，各项数据无法及时上传，此时需要数字化维护人员频繁到现场进行断电重启，增加了维护成本及人员作业风险，降低了工作效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中维护成本高、维护人员作业风险以及工作效率低等问题，提供了一种油井井场数字化设备故障恢复系统及恢复方法。

为达到上述目的，本发明所述一种油井井场数字化设备故障恢复系统，包括信号采集单元，信息处理单元及与指令执行单元，其中：

信号采集单元，用于采集和处理油井井场电杆数字化设备的输出信号，将处理后的油井井场电杆数字化设备输出信号传输至信号处理单元，处理指将采集到的油井井场电杆数字化设备的输出信号转换为数字信号；

信息处理单元，根据信号采集单元传输的输出信号对油井井场电杆数字化设备的通断状态进行检测，根据检测结果判断是否向指令执行单元发出开关量信号；

指令执行单元，用于接收信息处理单元的开关量信号，根据开关量信号控制油井井场数字化设备断电重启。

进一步的，信号采集单元包括：多个并行的以太网端口，每个以太网端口分别与一个油井井场电杆数字化设备连接，用以传输油井井场电杆数字化设备的输出信号；信号调节电路，与多个并行的以太网端口连接，用于放大并滤波处理由多个并行的以太网端口传输的输出信号；AD转换器，与信号调节电路连接，用于将经放大并滤波处理后的输出信号转化为数字信号；存储模块，与AD转换器连接，用于对数字信号进行存储；通讯接口，与AD转换器连接，用于与信息处理单元实现通讯。

进一步的，每个以太网端口分别与一个油井井场电杆数字化设备采用有线方式电连接。

进一步的，采用双绞线作为连接线进行有线电连接。

进一步的，信息处理单元包括：单片机，用于根据接收到的信号采集单元输出的数字信号判断油井井场数字化设备状态；显示模块，与单片机连接，用于显示经单片机判断油井井场数字化设备状态结果；通讯接口，与单片机连接，用于与信号采集单元和指令执行单元通讯。

进一步的，指令执行单元包括：多个并行的接触器，与各个油井井场电杆数字化设备供电线路相接，每个接触器根据接收到来自信息处理单元的开关量信号，控制每个接触器所管供电线路的断开与接通；通讯接口，与多个并行的接触器连接，用于与信号处理单元通讯。

一种油井井场数字化设备故障恢复方法，包括以下步骤：

步骤1、采集油井井场电杆数字化设备的输出信号，并将采集到的输出信号转化为数字信号，得到数字输出信号；

步骤2、根据步骤1得到的数字输出信号，对油井井场电杆数字化设备的通断进行检测，根据检测结果判断是否向指令执行单元发出开关量信号，开关量信号为由单片机芯片输出端输出的电平信号，低电平信号控制对应的电杆数字化设备供电线路断开；

步骤3、根据接收到来自信息处理单元的开关量信号，控制每个接触器对应的井场电杆数字化设备的供电线路的断开与接通。

进一步的，步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：接收来自信号采集单元输出的数字信号；

步骤2.2：设定故障判定时间T；

步骤2.3：在故障判定时间T内，对接收的数字信号进行不间断识别：

若故障判定时间T内识别到接收的来自信号采集单元输出的数字信号，判定油井井场数字化设备处于正常状态；否则判定油井井场数字化设备处于死机故障状态。

进一步的，步骤3包括以下步骤：

步骤3.1：当接触器接收由信息处理单元发出的低电平信号时，使得油井井场数字化设备供电回路断开；

步骤3.2：油井井场数字化设备供电回路断开后，油井井场数字化设备断电关机；

步骤3.3：油井井场数字化设备断电关机设定时间后，使油井井场数字化设备供电回路闭合；

步骤3.4：油井井场数字化设备供电回路闭合后，油井井场数字化设备重启工作，进入下一个识别周期；

步骤3.5：在下一个识别周期，若再次判定油井井场数字化设备处于死机故障状态，则不再控制油井井场数字化设备重启。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明的系统通过信号采集单元采集和处理油井井场电杆数字化设备的输出信号，并传递至信息处理单元，由信息处理单元来判断油井井场电杆数字化设备的通断状态，并向指令执行单元发出开关量信号，指令执行单元根据开关量信号控制控制油井井场数字化设备断电重启。本系统可实现油井井场数字化设备信号的自动检测，并在信号中断时，对其进行断电重启，防止因设备死机故障不工作造成的长时间生产数据无法及时通讯。进而减少了现场人员设备维护工作量，降低生产成本。可替换原有集线器，综合了信号传输、信号检测及控制电路重启的作用。

进一步的，每个所述以太网端口分别与一个油井井场电杆数字化设备采用采用双绞线进行有线电连接，能有效降低信号干扰，且成本低。

进一步的，信息处理单元包括显示模块，用于显示经单片机判断油井井场数字化设备状态结果，方便工作人员查看。

进一步的，所述指令执行单元包括多个并行的接触器，接触器与各个油井井场电杆数字化设备供电线路相接，可方便的控制油井井场电杆数字化设备对应的供电线路的断开与接通，不需要其他控制器，方便实现。

本发明所述的方法，通过判断在设定的故障判定时间内油井井场数字化设备是否发出输出信号来判断各个油井井场数字化设备是否运行正常，对于在设定时间内未发出信号的设备判定为死机故障状态，对其进行重启操作，防止因设备死机故障不工作造成的长时间生产数据无法及时通讯。进而减少了现场人员设备维护工作量，降低生产成本。进一步的，油井井场数字化设备供电回路闭合后，油井井场数字化设备重启工作，进入下一个识别周期；在下一个识别周期，若再次判定油井井场数字化设备处于死机故障状态，则不再控制油井井场数字化设备重启，出现这种情况时，说明该设备可能出现故障，不是单纯的死机问题，通过重启依然不能使其恢复正常，所以不再进行重启，由工作人员采取对应措施即可。避免重复重启设备造成损坏。

附图说明

图1为本发明的数字化设备信号自动检测及断电重启装置的结构组成图；

图2为本发明的数字化设备信号自动检测及断电重启装置的工作流程图；

图3为本发明的井场电杆数字化设备供电及传输示意图；图中，实线箭头表示供电方向，虚线箭头表示数据传输方向；

图4为本发明的油井井场数字化设备状态判断方法的流程图；

图5为本发明的控制油井井场数字化设备重启的流程图。

附图中：1、信号采集单元，2、信号处理单元，3、指令执行单元，101、以太网端口，102、信号调节电路，103、AD转换器，104、存储模块，105、通讯接口，201、单片机，202、显示模块，203、电源模块，204、通讯接口，301、接触器，302、通讯接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种油井井场数字化设备故障恢复系统的结构组成图和工作流程图分别如图1和图2所示，包括信号采集单元1，信息处理单元2及与指令执行单元3，其中：

所述信号采集单元1，用于获取、采集和处理油井井场电杆数字化设备的输出信号，将采集和处理后的油井井场电杆数字化设备输出信号传输至信号处理单元2；

所述信息处理单元2，根据信号采集单元1传输的输出信号对油井井场电杆数字化设备的通断状态进行检测，根据检测结果判断是否向指令执行单元3发出开关量信号；

所述指令执行单元3，用于接收信息处理单元2命令，根据命令控制油井井场数字化设备断电重启。

所述信号采集单元1至少包括：

多个并行的以太网端口101，每个以太网端口101分别与一个油井井场电杆数字化设备采用有线方式电连接，用以传输油井井场电杆数字化设备的输出信号；

其中，有线方式采用双绞线作为连接线；

输出信号是模拟信号，也可以是数字信号；

信号调节电路102，与所述多个并行的以太网端口101连接，用于放大并滤波处理由多个并行的以太网端口101传输的输出信号；

AD转换器103，与所述信号调节电路102连接，用于将经放大并滤波处理后的输出信号转化为数字信号；

存储模块104，与所述AD转换器103连接，用于对数字信号进行存储；

通讯接口105，与所述AD转换器103连接，用于与信息处理单元2实现通讯。

所述油井井场电杆数字化设备包括井场RTU(远程测控终端)、视频服务器、摄像机、集线器和无线网桥，其数字化设备供电及数据传输示意图如图3所示，其中井场RTU和集线器由220V电源模块直接供电，无线网桥由220V电源模块经220V/24V变压器供电，视频服务器由220V电源模块经220V/12V变压器供电，视频服务器通过双绞线为摄像机供电，视频服务器通过双绞线接收摄像机传输的模拟信号，再将此模拟信号转换成数字信号，通过双绞线传输至集线器，井场RTU将油井井口数据和水井井口数据转化为数字信号，并通过双绞线传输至集线器，集线器将接收到的数字信号通过双绞线统一传输至无线网桥，最终由无线网桥远传至站控系统。

所述信息处理单元2至少包括：

单片机201，用于根据接收到的信号采集单元1输出的数字信号判断油井井场数字化设备状态；

显示模块202，与所述单片机201连接，用于显示经单片机201判断油井井场数字化设备状态结果；

电源模块203，与所述单片机201连接，为单片机201供电，输出电压为220V；

通讯接口204，与所述单片机201连接，用于与信号采集单元1和指令执行单元3实现通讯。

所述信息处理单元2，根据所述信号采集单元1传输的输出信号对油井井场电杆数字化设备的通断进行检测，根据检测结果判断是否向指令执行单元3发出开关量信号，开关量信号为由单片机芯片输出端输出的电平信号，低电平信号可以控制油井井场电杆数字化设备供电线路断开，高电平信号可以控制供电线路闭合。

如图4所示，所述用于根据接收到的信号采集单元1输出的数字信号判断油井井场数字化设备状态，判断方法具体包括如下步骤：

步骤600：单片机201输入端口接收来自信号采集单元1输出的数字信号；

步骤601：设定故障判定时间T；

步骤602：在故障判定时间T内，单片机201对接收的来自信号采集单元1输出的数字信号进行不间断识别，若故障判定时间T内识别到接收的来自信号采集单元1输出的数字信号，进行步骤603，否则进行步骤604；

步骤603：判定油井井场数字化设备处于正常状态；

步骤604：若故障判定时间T内未识别到接收的来自信号采集单元1输出的数字信号，即判定油井井场数字化设备处于死机故障状态。

所述指令执行单元3，具体包括：

多个并行的接触器301，与各个油井井场电杆数字化设备供电线路相接，每个接触器301根据接收到来自信息处理单元2的开关量信号，控制每个接触器301所管供电线路的断开与接通。

通讯接口302，与所述多个并行的接触器301连接，用于与信号处理单元2通讯。

如图5所示，所述根据接收的由信息处理单元2发出的开关量信号控制油井井场数字化设备断电重启，具体控制方法为：

步骤801：当接触器301接收由信息处理单元2发出的低电平信号时，使得油井井场数字化设备供电回路断开；

步骤802：油井井场数字化设备供电回路断开后，油井井场数字化设备会断电关机；

步骤803：油井井场数字化设备会断电关机一分钟后，信息处理单元2会再次发出高电平信号至接触器301，使得数字化设备供电回路闭合；

步骤804：油井井场数字化设备供电回路闭合后，油井井场数字化设备重启工作，信息处理单元2同时进入下一个识别周期；

步骤805：在信息处理单元2进入下一个识别周期后，若信息处理单元2再次判定油井井场数字化设备处于死机故障状态，则信息处理单元2不再控制油井井场数字化设备重启。

一种油井井场数字化设备故障恢复方法的具体工作流程及详细说明如下：

信号采集单元1通过双绞线接收视频服务器、井场RTU、无线网桥等油井井场电杆数字化设备传输的数字信号，将接收到的所有数字信号传输至信息处理单元2，由信息处理单元2的单片机201的芯片输入端口接收，分别对各个数字信号进行不间断识别，故障判定时间设定为30分钟。

即，若30分钟内识别到某个井场电杆数字化设备的数字信号，即判定对应的油井井场电杆数字化设备处于正常状态，单片机输出端不向指令执行单元3中对应的接触器301发送指令信号，油井井场电杆数字化设备信号正常传输，信息处理单元2开始下一个识别周期；

若30分钟内未识别到某个井场电杆数字化设备的数字信号，即判定对应的油井井场电杆数字化设备处于死机故障状态，单片机输出端输出低电平信号至指令执行单元3中对应的接触器301，控制接触器301线圈断开，该油井井场电杆数字化设备供电回路断开。一分钟后，单片机输出端再次输出高电平信号至指令执行单元3中相同的接触器301，控制其线圈闭合，连通该油井井场电杆数字化设备供电回路，完成该设备重启工作。信息处理单元2开始下一个识别周期。

若本实施例提供的井场数字化设备信号自动检测及断电重启装置控制某油井井场电杆数字化设备重启后，30分钟内仍未识别到该设备的数字信号，则将此故障判定为非死机原因造成，信号识别继续，但单片机不再控制其重启。

由上述实施例可知，本发明可实现油井井场数字化设备信号的自动检测，并在信号中断时，对其进行断电重启，防止因设备死机故障不工作造成的长时间生产数据无法及时通讯。同时减少了现场人员设备维护工作量，降低生产成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种油井井场数字化设备故障恢复系统，其特征在于，包括信号采集单元(1)，信息处理单元(2)及指令执行单元(3)，其中：

所述信号采集单元(1)，用于采集油井井场电杆数字化设备的输出信号，将采集到的输出信号转化为数字信号，并传输至信号处理单元(2)；

所述信息处理单元(2)，根据信号采集单元(1)传输的数字信号对油井井场电杆数字化设备的通断状态进行检测，根据检测结果判断是否向指令执行单元(3)发出开关量信号；

所述指令执行单元(3)，用于接收信息处理单元(2)的开关量信号，并根据开关量信号控制油井井场数字化设备断电重启。

2.根据权利要求1所述的一种油井井场数字化设备故障恢复系统，其特征在于，所述信号采集单元(1)包括：

多个并行的以太网端口(101)，每个以太网端口(101)分别与一个油井井场电杆数字化设备连接，用以传输油井井场电杆数字化设备的输出信号；

信号调节电路(102)，与所述多个并行的以太网端口(101)连接，用于放大并滤波处理由多个并行的以太网端口(101)传输的输出信号；

AD转换器(103)，与所述信号调节电路(102)连接，用于将经放大并滤波处理后的输出信号转化为数字信号；

存储模块(104)，与所述AD转换器(103)连接，用于对数字信号进行存储；

通讯接口(105)，与所述AD转换器(103)连接，用于与信息处理单元(2)通讯。

3.根据权利要求2所述的一种油井井场数字化设备故障恢复系统，其特征在于，每个所述以太网端口(101)分别与一个油井井场电杆数字化设备采用有线方式电连接。

4.根据权利要求3所述的一种油井井场数字化设备故障恢复系统，其特征在于，所述有线方式电连接采用双绞线作为连接线。

5.根据权利要求1所述的一种油井井场数字化设备故障恢复系统，其特征在于，所述信息处理单元(2)包括：

单片机(201)，用于根据接收到的信号采集单元(1)输出的数字信号判断油井井场数字化设备状态；

显示模块(202)，与所述单片机(201)连接，用于显示经单片机(201)判断油井井场数字化设备状态结果；

通讯接口(204)，与所述单片机(201)连接，用于与信号采集单元(1)和指令执行单元(3)通讯。

6.根据权利要求1所述的一种油井井场数字化设备故障恢复系统，其特征在于，所述指令执行单元(3)包括：

多个并行的接触器(301)，与各个油井井场电杆数字化设备供电线路相接，每个接触器(301)根据接收到来自信息处理单元(2)的开关量信号，控制每个接触器(301)所管供电线路的断开与接通；

通讯接口(302)，与所述多个并行的接触器(301)连接，用于与信号处理单元(2)通讯。

7.一种油井井场数字化设备故障恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采集油井井场电杆数字化设备的输出信号，并将采集到的输出信号转化为数字信号，得到数字输出信号；

步骤2、根据步骤1得到的数字输出信号，对油井井场电杆数字化设备的通断进行检测，根据检测结果判断是否向指令执行单元(3)发出开关量信号，开关量信号为由单片机芯片输出端输出的电平信号，所述低电平信号控制对应的电杆数字化设备供电线路断开；

步骤3、根据接收到来自信息处理单元(2)的开关量信号，每个接触器(301)控制与其对应的井场电杆数字化设备的供电线路的断开与接通。

8.根据权利要求7所述的一种油井井场数字化设备故障恢复方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：接收来自信号采集单元(1)输出的数字信号；

步骤2.2：设定故障判定时间T；

步骤2.3：在故障判定时间T内，对接收的数字信号进行不间断识别：

若故障判定时间T内识别到接收的来自信号采集单元(1)输出的数字信号，判定油井井场数字化设备处于正常状态；否则判定油井井场数字化设备处于死机故障状态，并向接触器(301)发出低电平信号。

9.根据权利要求7所述的一种油井井场数字化设备故障恢复方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1：当接触器(301)接收由信息处理单元(2)发出的低电平信号时，使油井井场数字化设备供电回路断开；

步骤3.2：油井井场数字化设备供电回路断开后，油井井场数字化设备断电关机；

步骤3.3：油井井场数字化设备断电关机设定时间后，使油井井场数字化设备供电回路闭合；

步骤3.4：油井井场数字化设备供电回路闭合后，油井井场数字化设备重启，进入下一个识别周期；

步骤3.5：在下一个识别周期，若再次判定油井井场数字化设备处于死机故障状态，则不再控制油井井场数字化设备重启。

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