CN112504229A - 一种用于移动式试采平台状态监测的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于移动式试采平台状态监测的系统，系统由主控计算机及附属通讯接线盒、主数据采集器，升降高度数据采集从站、四角吃水数据采集从站、组合测距仪、海水测深仪、气隙传感器、双倾角传感器构成；通过对倾斜角度、桩腿入泥深度、平台气隙、与目标平台的相对距离等平台状态参数的实时监测，并辅以软件精确算法，在超限状况下进行预警提示，最大程度避免平台在拖航、升降桩、就位等作业时的风险。

Description

一种用于移动式试采平台状态监测的系统

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及一种用于移动式试采平台状态监测的系统。

背景技术

移动式试采平台作业种类多样，考虑到作业区域的海况和海底情况比较复杂，在拖航、插拔桩、钻井等作业环节中可能出现平台倾斜、桩腿刺穿、拔桩困难等风险，这些复杂事故会造成人员和经济上的巨大损失。

在移动式试采平台生产、拖航和插拔桩过程中，平台的状态都是靠人工测量，信号传递缓慢且准确度低，易受干扰，为平台的安全运行带来了隐患。

发明内容

本发明通过安装一种用于移动式试采平台状态监测的系统，该平台状态监测系统包括：组合测距仪、海水测深仪、气隙传感器及桩腿升降信号、船体吃水信号采集模块等，并辅以软件精确算法，通过对倾斜角度、桩腿入泥深度、平台气隙、与目标平台的相对距离等平台状态参数的实时监测，并在超限状况下进行预警提示，最大程度避免平台在拖航、升降桩、就位等作业时的风险。

为实现上述目标，本发明采取以下技术方案：

一种用于移动式试采平台状态监测的系统，该系统包括:

--平台数据采集单元，用于对平台间隙、倾角、与目标距离、升桩高度、四角吃水数据进行采集；所述平台数据采集单元由主数据采集器、升降高度数据采集从站、四角吃水数据采集从站、组合测距仪、气隙传感器和双倾角传感器构成；

--平台水深测量单元，用于对平台海水深度数据的采集；所述平台水深测量单元包括附属通讯接线盒、第一海水测深仪、第二海水测深仪和第一测深仪换能器、第二测深仪换能器构成；

--平台实时监测模块，由主控计算机构成，所述主控计算机包括存储器和处理器，其中所述存储器存储有用于对采集平台数据分析预警程序；其中：

所述主数据采集器输入端分别与升降高度数据采集从站、四角吃水数据采集从站、激光测距仪、摄像头测距仪、气隙传感器和双倾角传感器连接，其输出端与所述主控计算机连接；

所述第一测深仪换能器、第二测深仪换能器输出端分别通过所述第一海水测深仪、第二海水测深仪与附属通讯接线盒连接，所述附属通讯接线盒输出端与所述主控计算机连接。

进一步，所述主数据采集器有内置PLC、RS485通讯板M2、RS485通讯模块M4和以太网交换机HUB2构成；其中：所述气隙传感器通过RS485RTU协议将平台气隙数据传输到主数据采集器内的RS485通讯模块M4；所述组合测距仪通过网线将视频信号传输到主数据采集器内RS485通讯模块M4，所述高度数据采集从站将倾斜角度通过RS485RTU协议传输到主数据采集箱内的RS485通讯模块M4；所述四角吃水数据采集从站通过RS485RTU协议将入泥深度数据传输到主数据采集器内的RS485通讯模块M2。

进一步，所述附属通讯接线盒由网络继电器、第一串口服务器、第二串口服务器和以太网交换机HUB1构成，其中所述第一海水测深仪、第二海水测深仪分别接收所述第一测深换能器、第二测深换能器，所述第一海水水深数据测深仪、第二海水测深仪分别通过串口服务器将数据到附属通讯接线盒内的网络继电器。

进一步，所述主控计算机内置双网卡，通过以太网与附属通讯接线盒内的以太网交换机HUB2和主数据采集器内的以太网交换机HUB1进行通讯。

本发明还可以通过所述主控计算机上具有执行如下步骤的程序：

平台桩靴姿态及入泥深度计算单元：将所述平台数据采集模块传输的各个桩腿入泥深度数据进行分析平台吃水、气隙及海水深度的相互关系；

平台倾斜预警单元，将所述平台数据采集模块传输的平台的倾斜度进行判断，预警平台出现倾斜超限状态；

升船气隙的预警单元：根据所述平台数据采集模块传输的气隙数据进行实时跟踪，预警平台气隙超限状态。

有益效果

本发明具有的优点和积极效果是：

1)可实时采集平台与海平面间隙、水深、倾角等数据，减轻了人工测量的工作量，减少了误差，提升了自动化程度。

2)使用组合式测距仪进行平台就位时的对正控制和距离量测，同时集成了摄像功能，便于人员在操作时进行直观的观察控制。

3)通过与现有的升降桩装置、四角吃水系统进行数据通讯，采集现有数据，提高了设备使用效率，避免了重复建设。

4)上位机性能优越，数据可长时间存储，方便查询历史趋势，使用组态软件进行数据处理，参数设置、修改灵活，便于人员操作。

5)状态监测系统装置为移动式试采平台的就位、拖航、插拔桩等作业提供平台实时的状态数据供作业人员参考，为作业安全提供了保障。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明的主数据采集箱通讯网络图；

图3为本发明的附属通讯接线盒通讯网络图；

图4为本发明系统应用程序界面图。

图中：主控计算机，201、附属通讯接线盒，301、主数据采集器，102、升降高度数据采集从站，103、四角吃水数据采集从站，104、激光测距仪，105、摄像头测距仪，106、双倾角传感器，107、气隙传感器，108、巡检仪；202、第一测深仪203、第二测深仪204、第一测深仪换能器205、第二测深仪换能器206、第一串口服务器207、第二串口服务器208、以太网交换机HUB1；209、网络继电器；302、RS485通讯模块M4 303、RS485通讯板M2 304、数据通信PLC305、以太网交换机HUB2

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下，文中所述的技术特征附图标记均与说明书中一致。

如图1所示，本发明提供一种用于移动式试采平台状态监测的系统，该系统包括:

--平台数据采集模块，用于对平台间隙、倾角、与目标距离、升桩高度、四角吃水数据进行采集；所述平台数据采集单元由主控计算机、主数据采集器、升降高度数据采集从站、四角吃水数据采集从站、组合测距仪、气隙传感器和双倾角传感器构成。所述主数据采集器输入端分别与升降高度数据采集从站4、四角吃水数据采集从站、激光测距仪、摄像头测距仪、气隙传感器和双倾角传感器连接，其输出端与所述平台主控计算机连接；

如图2所示：所述主数据采集器有内置数据通信PLC18、RS485通讯板M2、RS485通讯模块M4、以太网交换机HUB2构成；其中：

所述气隙传感器、所述倾斜传感器通过RS485RTU协议将平台气隙数据传输到主数据采集器内的RS485通讯模块M4；所述激光测距仪、所述摄像头测距仪通过网线将视频信号传输到主数据采集器内的RS485通讯模块M4；所述高度数据采集从站将倾斜角度通过RS485RTU协议传输到主数据采集器内的RS485通讯模块M2；所述巡检仪接收所述四角吃水数据采集从站数据并通过RS485RTU协议将入泥深度数据传输到主数据采集器内的RS485通讯模块M2；所述主控计算机内置双网卡，通过以太网与附属通讯接线盒内的以太网交换机HUB2；和主数据采集器的以太网交换机HUB1进行通讯。

本发明中主数据采集器由RS485通讯板M2、RS485通讯模块M4、以太网交换机HUB2、数据通信PLC构成。在平台变压器间安装主数据采集器3，采集器内安装数据通信PLC、通讯板M2，通讯模块M4、以太网交换机HUB2构成，同时在采集箱内安装双倾角传感器。在平台飞机平台下方工作走道位置安装气隙传感器，气隙数据通过RS485RTU协议传输到主数据采集器内的通讯模块M4。在平台左舷舷边立柱、右舷燃料橇底座和船艉主甲板计量罐侧壁各安装一个激光测距仪、摄像头测距仪，视频信号通过网线传输到主数据采集器3内的串口服务器，距离数据通过RS485RTU协议传输到主数据采集箱3内的RS485通讯模块M4。在平台左右舷侧甲板分别安装两台海水测深换能器，所述第一海水测深仪、第二海水测深仪分别接收所述第一测深换能器、第二数据测深换能器水深数据，所述第一海水水深数据测深仪、第二海水测深仪分别通过串口服务器将数据到附属通讯接线盒内的网络继电器，所述网络继电器与串口服务器通过以太网线与附属通讯接线盒内的以太网交换机连接并将平台左旋、右旋的水深数据传输给主控计算机。网络继电器与串口服务器通过以太网线与附属通讯接线盒内的以太网交换机HUB2连接。在MCC升降控制柜空余位置安装块升降信号隔离器及接线端子排，将信号连接至升降高度数据采集从站，在机泵舱的液位遥测控制柜内安装四角吃水数据采集从站，两个从站数据传输到四路巡检仪，再通过RS485RTU协议传输到主数据采集器3内的RS485通讯模块M2。

--平台水深测量模块，用于对平台海水深度数据的采集；所述平台水深测量单元包括附属通讯接线盒、第一海水测深仪、第二海水测深仪和第一测深仪换能器、第二测深仪换能器构成；请参阅图3，所述附属通讯接线盒由网络继电器、串口服务器、以太网交换机HUB1构成。所述附属通讯接线盒置于中控台内靠近主机位置，内部安装网络继电器、两个串口服务器和以太网交换机。其中：所述第一海水测深仪、第二海水测深仪分别接收所述第一测深换能器、第二测深换能器的水深信号，同时，所述第一海水测深仪、第二海水测深仪输出分别通过第一串口服务器、第二串口服务器将数据到附属通讯接线盒2内的网络继电器，所述网络继电器与第一串口服务器、第二串口服务器通过以太网线与附属通讯接线盒内的以太网交换机连接；并将平台左旋、右旋的水深数据传输给主控计算机。

--平台实时监测模块，由主控计算机构成，所述主控计算机包括存储器和处理器，其中所述存储器存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时能够实现。中控室内安装1台主控计算机，包含主机箱和1台24"显示器，主机置放于中控台内，显示器摆放于中控台上。

其中，所述主控计算机内置双网卡，通过以太网与附属通讯接线盒内的以太网交换机HUB2和主数据采集器内的以太网交换机HUB1进行通讯，主控计算机为主流工作站，安装组态软件，能够对各采集数据进行设置和展示，便于进行记录查询和报警设置，为平台作业安全提供保障。所述程序被处理器执行时能够实现，如图4所示：

平台桩靴姿态及入泥深度计算单元：将所述平台数据采集模块传输的各个桩腿入泥深度数据进行分析平台吃水、气隙及海水深度的相互关系；该步骤可以根据平台的作业特点，在漂浮、插拔桩、压载、升降等作业过程中，结合升降系统工作状态、漂浮平台吃水、气隙及海水深度的相互关系，实时计算并跟踪平台作业状态，自动计算各个桩腿入泥深度。入泥深度的获取，可并与平台桩腿理论入泥深度作比较，提高平台插桩过程中的安全性，对现场海洋平台就位插桩作业提供参考数据，从而起到一定的预警作用，避免拔桩困难等潜在的隐患。

平台倾斜预警单元，将所述平台数据采集模块传输的平台的倾斜度进行判断，预警平台出现倾斜超限状态；该步骤在移动式试采平台定位于某一油田准备插拔桩前，必须进行压载调整，移动可变载荷保证平台负荷均匀分布，保证平台处于水平位移，便于桩腿铅直下垂，所以在调载的过程中要实时监测平台漂浮状态下的倾斜度，调整配载。另外在平台升降过程中也始终要监测平台的倾斜度，出现倾斜超限时及时报警，并提醒平台升降操作员调整平台水平至合理范围内。

升船气隙的预警单元：根据所述平台数据采集模块传输的气隙数据进行实时跟踪，预警平台气隙超限状态，移动式试采平台在站立作业的过程中要一直保持海洋平台的船体底部面高于海平面,海洋石油平台的气隙通常升船高度及波浪影响，气隙过高和过低都会造成潜在作业不安全，因而长期跟踪气隙变化并预设超限报警，不仅可以便利作业，也为平台作业安全提供保障。

平台与井口位置的监测及跟踪单元：移动式试采平台就位分为粗就位阶段和精就位阶段，平台精定位要求平台艉部离开支持井口(平台)最近距离为2.1m±0.5m。为确保平台在定位的过程和升降至设计高度过程以及平台生产过程中，平台与井口的安全，避免碰撞，平台与井口的距离监测十分有必要和有意义。在作业过程中，平台与井口位置也将会长期监视及跟踪，对平台可能出现滑桩及侧移情况进行监视及预警。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于移动式试采平台状态监测的系统，该系统包括:

--平台数据采集单元，用于对平台间隙、倾角、与目标距离、升桩高度、四角吃水数据进行采集；所述平台数据采集单元由主数据采集器、升降高度数据采集从站、四角吃水数据采集从站、组合测距仪、气隙传感器和双倾角传感器构成；

--平台水深测量单元，用于对平台海水深度数据的采集；所述平台水深测量单元包括附属通讯接线盒、第一海水测深仪、第二海水测深仪和第一测深仪换能器、第二测深仪换能器构成；

--平台实时监测模块，由主控计算机构成，所述主控计算机包括存储器和处理器，其中所述存储器存储有用于对采集平台数据分析预警程序；其中：

所述主数据采集器输入端分别与升降高度数据采集从站、四角吃水数据采集从站、激光测距仪、摄像头测距仪、气隙传感器和双倾角传感器连接，其输出端与所述主控计算机连接；

所述第一测深仪换能器、第二测深仪换能器输出端分别通过所述第一海水测深仪、第二海水测深仪与附属通讯接线盒连接，所述附属通讯接线盒输出端与所述主控计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于移动式试采平台状态监测的系统，其特征在于：

所述主数据采集器有内置数据PLC、RS485通讯模块M4、RS485通讯板M2、和以太网交换机HUB2构成；其中：所述气隙传感器通过RS485RTU协议将平台气隙数据传输到主数据采集器内的RS485通讯模块M4；所述组合测距仪通过网线将视频信号传输到主数据采集器内RS485通讯模块M4，所述高度数据采集从站将倾斜角度通过RS485RTU协议传输到主数据采集箱内的RS485通讯模块M4；所述四角吃水数据采集从站通过RS485RTU协议将入泥深度数据传输到主数据采集器内的RS485通讯模块M2。

3.根据权利要求2所述的一种用于移动式试采平台状态监测的系统，其特征在于：，所述附属通讯接线盒由网络继器、第一串口服务器、第二串口服务器和第一交换机构成，其中所述第一海水测深仪、第二海水测深仪分别接收所述第一测深换能器、第二测深换能器，所述第一海水水深数据测深仪、第二海水测深仪分别通过第一串口服务器、第二串口服务器将数据到附属通讯接线盒内的网络继电器。

4.根据权利要求3所述的一种用于移动式试采平台状态监测的系统，其特征在于：

所述主控计算机内置双网卡，通过以太网与附属通讯接线盒内的以太网交换机HUB2和主数据采集器内的以太网交换机HUB1进行通讯。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于移动式试采平台状态监测的系统，其特征在于：所述主控计算机上具有执行如下步骤的程序：

平台桩靴姿态及入泥深度计算单元：将所述平台数据采集模块传输的各个桩腿入泥深度数据进行分析平台吃水、气隙及海水深度的相互关系；

平台倾斜预警单元，将所述平台数据采集模块传输的平台的倾斜度进行判断，预警平台出现倾斜超限状态；

升船气隙的预警单元：根据所述平台数据采集模块传输的气隙数据进行实时跟踪，预警平台气隙超限状态。

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