CN113960958A - 一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法 - Google Patents

一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，属于石油钻井技术领域，解决了现有石油钻机电控装置的消防系统自动化水平低的问题。本发明设置温度传感器、烟雾传感器、火光传感器、异味传感器、PLC系统和消防执行机构；将各监测点的温度信息、烟雾信息、火光信息以及异味信息分别进行边缘计算，并将计算结果传输给PLC系统；在PLC系统中设置异味气体浓度限值、烟雾悬浮微粒和烟气限值、温度限值、升温率限值、火光辐射限值，PLC系统经对比若出现越限，则根据不同越限信号进行火灾位置指示并启动消防执行机构。本发明可实施火灾点定位及其不同阶段的预警与指示，依据火情判断实施自动处置，实现智能消防。

Description

一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消 防方法
技术领域
本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法。
背景技术
石油钻井作为石油行业的核心工程之一，其整体技术装备水平在一定程度上折射出石油行业的综合发展水平。伴随着工业新技术的蓬勃发展，作为钻井装备核心之一的石油钻机电控装置，其自动化与智能化程度也在不断提升。作为现代油田生产与生活动力源的电能在给予人们高效与便捷的同时，因电能使用而引发的火灾所造成的危害也非常的惊人。因此，作为石油钻机重要组成部分的电控装置，其内环境火灾预警与处置的重要性是不言而喻的。如何提高石油钻机电控装置的消防智能化水平与可靠性一直是各油田和钻机制造厂商关注的焦点。
目前，各种火灾预警与消防装置在石油钻井和修井行业中广泛使用，大大提高了施工作业的安全性，减轻了作业者的劳动强度，减少或避免了作业中以电气火灾为主要事故的发生。但由于国家和石油行业目前并没有关于钻机电控装置火灾预警与消防方面的标准和规范，因此各生产厂商的产品五花八门，在应用中存在各种各样的问题；同时，由于发展的不平衡，各种形式的火灾预警与消防系统（装置）在国内外各油田均有应用。其特点为设计简单，自动化水平低，自成体系等。在现代钻机中, 火灾预警与消防系统（装置）必不可少, 作为火灾警示，并在火灾发生后及时发现并加以控制、扑灭的设备和手段,它是保护油田生命财产安全的重要措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，以解决现有用于石油钻机电控装置的消防系统设计简单、自动化水平低的问题。
本发明的技术方案是：一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，设置智能消防系统，智能消防系统包括温度传感器、烟雾传感器、火光传感器、异味传感器、PLC系统和消防执行机构，温度传感器、烟雾传感器、火光传感器和异味传感器分别设在石油钻机电控装置内的各监测点，各传感器和消防执行机构分别与PLC系统相连；
该方法包括以下步骤：
A、各传感器分别监测各监测点的温度信息、烟雾信息、火光信息以及异味信息；
B、将各监测点的温度信息、烟雾信息、火光信息以及异味信息分别进行边缘计算，并将计算结果传输给PLC系统，形成驱动数据库；
C、在PLC系统中设置异味气体浓度限值、烟雾悬浮微粒和烟气限值、温度限值、升温率限值、火光红外线或紫外线辐射限值，PLC系统将接收到的各计算结果与各限值进行比较，若出现越限情况，则根据不同的越限信号进行火灾位置指示并启动消防执行机构。
作为本发明的进一步改进，消防执行机构包括报警装置、自动灭火系统和辅助系统。
作为本发明的进一步改进，辅助系统包括电源控制装置和空冷循环控制装置。
作为本发明的进一步改进，在步骤C中，
如果异味气体浓度数据越限，则判定为进入火灾初级阶段，进行具体位置指示与报警；否则，执行步骤B；
如果烟雾悬浮微粒和烟气数据越限，则判定为进入火灾初级及发烟阶段，进行具体位置指示与报警；否则，执行步骤B；
如果温度数据越限且升温率数据越限，则判定为进入火灾火焰阶段，进行具体位置指示与报警并且启动自动灭火系统和辅助系统；否则，执行步骤B；
如果火光红外线或紫外线辐射数据越限，则判定为进入火灾明火阶段，进行具体位置指示与报警并且启动自动灭火系统和辅助系统；否则，执行步骤B。
四类传感信号若单独出现，则按相对应的状况处置。若多个传感信号同时出现，则按相对应的状况进行复合处置。
作为本发明的进一步改进，PLC系统连接人机界面系统。
作为本发明的进一步改进，监测点包括大电流回路的接头处、元器件、线缆及母排。
作为本发明的进一步改进，温度传感器、烟雾传感器、火光传感器和异味传感器均采用智能传感器。智能传感器不但可以采集信息，而且可进行信息处理，可直接利用智能传感器完成边缘计算工作。
作为本发明的进一步改进，报警装置包括蜂鸣器、指示灯、闪光警灯和语音报警设施。
本发明基于对系统内火灾信号的多源（异味、烟雾、温度和火光）状态及其多要素（阈值、趋势和变化率）信息数据监测，通过边缘计算，将火灾信号数据信息传输给PLC系统，形成驱动数据库，实现火灾发生点具体位置的指示与报警、以及必要的自动洒药灭火及辅助系统启动等，提高了系统的自动化程度，具有一定的推广和应用价值。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1. 本发明通过对电控装置内多点多源（异味、烟雾、温度和火光）状态及其多要素（阈值、趋势和变化率）信息数据的连续实时感知，运用PLC进行信号处理，形成数据库信息，综合运用已经形成的数据信息，实施火灾点定位及其不同阶段（如初期异味与发热阶段，中期发热与发烟阶段及高潮明火阶段等）的HMI预警与指示，以及依据火情判断实施自动处置（如自动切断电源、自动关闭空冷循环、自动精准定点与适量洒药灭火等），达到智能化消防的目标。
2. 本发明方法思路新颖，智能化水平高，工况针对性强，可有效提早发现电控装置因环境因素变化、操作不当或设备故障时火灾发生的特征，自动进行火灾的不同阶段及其具体位置的预警与指示，以便提前采取措施，消除故障或火灾隐患，在火灾发生时的实施自动处置。
附图说明
图1是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
本发明的工作流程如图1所示，一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，设置智能消防系统，智能消防系统包括温度传感器、烟雾传感器、火光传感器、异味传感器、PLC系统和消防执行机构，温度传感器、烟雾传感器、火光传感器和异味传感器分别设在石油钻机电控装置内的各监测点，各传感器和消防执行机构分别与PLC系统相连；
该方法包括以下步骤：
A、各传感器分别监测各监测点的温度信息、烟雾信息、火光信息以及异味信息；
B、将各监测点的温度信息、烟雾信息、火光信息以及异味信息分别进行边缘计算，并将计算结果传输给PLC系统，形成驱动数据库；
C、在PLC系统中设置异味气体浓度限值、烟雾悬浮微粒和烟气限值、温度限值、升温率限值、火光红外线或紫外线辐射限值，PLC系统将接收到的各计算结果与各限值进行比较，若出现越限情况，则根据不同的越限信号进行火灾位置指示并启动消防执行机构。
消防执行机构包括报警装置、自动灭火系统和辅助系统。辅助系统包括电源控制装置和空冷循环控制装置。
在步骤C中，
如果异味气体浓度数据越限，则判定为进入火灾初级阶段，进行具体位置指示与报警；否则，执行步骤B；
如果烟雾悬浮微粒和烟气数据越限，则判定为进入火灾初级及发烟阶段，进行具体位置指示与报警；否则，执行步骤B；
如果温度数据越限且升温率数据越限，则判定为进入火灾火焰阶段，进行具体位置指示与报警并且启动自动灭火系统和辅助系统；否则，执行步骤B；
如果火光红外线或紫外线辐射数据越限，则判定为进入火灾明火阶段，进行具体位置指示与报警并且启动自动灭火系统和辅助系统；否则，执行步骤B。
PLC系统连接人机界面系统。
监测点包括大电流回路的接头处、元器件、线缆及母排。
温度传感器、烟雾传感器、火光传感器和异味传感器均采用智能传感器。
报警装置包括蜂鸣器、指示灯、闪光警灯和语音报警设施。
本发明中的智能消防系统配置有专用电源和PLC系统，不与其他装置共用。PLC系统含对外接口，便于与其他系统进行数据交互。
边缘计算是指在接近信号数据源头的地方，就近进行信息数据的处理、计算、存储、发送等任务。包括计算变化率等内容。接近信号数据源头的地方在本实施例中具体为大电流回路的接头处、元器件、线缆及母排等火灾易发点。
实施例1、
（1）确定钻机系统就绪；
（2）钻机系统启动运行；
（3）启动智能消防系统；
（4）传感网络启动工作，进行数据监测及边缘计算；
（5）处理后数据信息传输至PLC系统；
（6）经PLC系统运算、分析和处理，形成实时驱动数据库，可与钻机电控系统进行数据交互；
（7）PLC系统依据不同数据信息对火灾进行处置：
如果异味气体浓度数据越限，则判定为进入火灾初级阶段，进行具体位置指示与复合报警（包括人机界面报警以及蜂鸣器、指示灯、闪光警灯、语音报警等）；否则，执行（4）；
如果烟雾悬浮微粒和烟气数据越限，则判定为进入火灾初级及发烟阶段，进行具体位置指示与复合报警；否则，执行（4）；
如果温度数据越限且升温率数据越限，则判定为进入火灾火焰阶段，进行具体位置指示与复合报警并且启动自动灭火系统和辅助系统；否则，执行（4）；
如果火光红外线或紫外线辐射数据越限，则判定为进入火灾明火阶段，进行具体位置指示与复合报警并且启动自动灭火系统和辅助系统；否则，执行（4）。
本发明中的智能消防系统由各个监测点的温度传感器、烟雾传感器、火光传感器、异味传感器形成温度传感网、烟雾传感网、火光传感网、异味（气敏）传感网，与PLC系统、HMI（人机界面），报警设施（蜂鸣器，指示灯及闪光警灯，语音报警设施等）、辅助系统（自动切断电源、自动关闭空冷循环等）、自动灭火系统等配合工作，对石油钻机电控装置内火灾发生时多源（异味、烟雾、温度和火光）状态及其多要素（阈值、趋势和变化率）信息数据的智能自感知，经系统计算处理后，输出驱动声、光和语音警示，同时进行火灾点定位与分阶段（初期、中期和高潮）的HMI预警，以及依据火情判断启动自动灭火系统进行精准撒药（包含喷洒点及撒药量等），实施智能消防。
具体为在大电流回路的接头处、元器件、线缆及母排等火灾易发点及其附近空间布设低功耗异味传感器、烟雾传感器、温度传感器、火光传感器，构建多源（异味、烟雾、温度和火光）状态及其多要素（阈值、趋势和变化率）信息数据全天候高效感知的传感网络（传感器数量及密度依据系统实际需求而定）。所获实时数据经传感网边缘计算处理后，传输至专用PLC系统，经系统运算、分析和处理，形成实时驱动数据库。
在系统内，通过异味（气敏）传感器（即“电子鼻”）监测特定气体的浓度和成分，如果发生变化并出现越限，则判定为系统内火灾进入了初级阶段，随即启动初级阶段火灾发生点具体位置的HMI指示及PLC驱动报警。通过烟雾传感器监测系统内悬浮微粒和烟气的浓度，如果发生变化并出现越限，则判定为系统内火灾进入了初级阶段和发烟阶段，较早地探知了火焰的发生，随即启动该阶段火灾发生点具体位置的HMI指示及驱动PLC报警。通过定温和差温复合式温度传感器探测极度不正常的高温或升温率，如果出现越限，则判定为系统内火灾进入了火焰阶段，随即启动火焰阶段火灾发生点具体位置的HMI指示，PLC驱动报警、启动自动灭火系统进行洒药灭火及辅助系统启动（自动切断电源、自动关闭空冷循环等）。通过火光传感器探测火灾火光（而非灯光等）中的紫外线和红外线辐射信号，如果探测到火灾发生时由火灾产生的红外线或紫外线辐射信号，则判定为系统内火灾进入了明火阶段，随即启动明火阶段火灾发生点具体位置的HMI指示，PLC驱动报警、启动自动灭火系统进行洒药灭火及辅助系统启动（自动切断电源、自动关闭空冷循环等）。四类传感信号若单独出现，则按相对应的状况处置。若多个传感信号同时出现，则按相对应的状况进行复合处置。

Claims (8)

1.一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，其特征在于：设置智能消防系统，所述智能消防系统包括温度传感器、烟雾传感器、火光传感器、异味传感器、PLC系统和消防执行机构，温度传感器、烟雾传感器、火光传感器和异味传感器分别设在石油钻机电控装置内的各监测点，各传感器和消防执行机构分别与PLC系统相连；
该方法包括以下步骤：
A、各传感器分别监测各监测点的温度信息、烟雾信息、火光信息以及异味信息；
B、将各监测点的温度信息、烟雾信息、火光信息以及异味信息分别进行边缘计算，并将计算结果传输给PLC系统，形成驱动数据库；
C、在PLC系统中设置异味气体浓度限值、烟雾悬浮微粒和烟气限值、温度限值、升温率限值、火光红外线或紫外线辐射限值，PLC系统将接收到的各计算结果与各限值进行比较，若出现越限情况，则根据不同的越限信号进行火灾位置指示并启动消防执行机构。
2.根据权利要求1所述的一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，其特征在于：所述消防执行机构包括报警装置、自动灭火系统和辅助系统。
3.根据权利要求2所述的一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，其特征在于：所述辅助系统包括电源控制装置和空冷循环控制装置。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，其特征在于：在步骤C中，
如果异味气体浓度数据越限，则判定为进入火灾初级阶段，进行具体位置指示与报警；否则，执行步骤B；
如果烟雾悬浮微粒和烟气数据越限，则判定为进入火灾初级及发烟阶段，进行具体位置指示与报警；否则，执行步骤B；
如果温度数据越限且升温率数据越限，则判定为进入火灾火焰阶段，进行具体位置指示与报警并且启动自动灭火系统和辅助系统；否则，执行步骤B；
如果火光红外线或紫外线辐射数据越限，则判定为进入火灾明火阶段，进行具体位置指示与报警并且启动自动灭火系统和辅助系统；否则，执行步骤B。
5.根据权利要求4所述的一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，其特征在于：所述PLC系统连接人机界面系统。
6.根据权利要求5所述的一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，其特征在于：所述监测点包括大电流回路的接头处、元器件、线缆及母排。
7.根据权利要求6所述的一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，其特征在于：所述温度传感器、烟雾传感器、火光传感器和异味传感器均采用智能传感器。
8.根据权利要求7所述的一种基于多源多要素信息自感知石油钻机电控装置的智能消防方法，其特征在于：所述报警装置包括蜂鸣器、指示灯、闪光警灯和语音报警设施。
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