CN114302260A - 修井机在线监测及巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的修井机在线监测及巡检系统，包括PLC控制处理器、多个传感器、监控系统、人机交互触摸屏、DTU数据传输终端、总控中心和和PLC编程软件，所述PLC控制处理器与多个传感器连接，且PLC控制处理器与人机交互触摸屏连接，所述总控中心包括信息监控平台和后台数据处理系统。本发明的在线监测及巡检系统是根据修井机发展需求，实现多种数据实时在线监测和分析，并将分析结果实时传输至客户端，让用户可以直观的看到修井现场的状态，还可以根据用户的需要组成计算机网络，实现数据共享，本发明能够充分利用“互联网+”平台，将现代服务与传统产业深度融合。基于油田原有传统石油装备进行智能化改造、智能化升级，向着产业化升级方向迈进。
Description
技术领域
本发明涉及油田数据采集和系统分析技术领域，具体为修井机在线监测及巡检系统。
背景技术
生产事故发现不及时,无法满足现代石油企业信息化、智能化管理要求。因此,对修井机的运行状态的实时监测已经成为油田现场维护的一个亟待解决的问题。
目前修井机并不具备将水平度、传动轴扭矩、大绳拉力、大钩钩速、液压系统的温度和压力都整合到物联网中实时监测的能力。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了修井机在线监测及巡检系统，解决了目前修井机并不具备将水平度、传动轴扭矩、大绳拉力、大钩钩速、液压系统的温度和压力都整合到物联网中实时监测的能力的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：修井机在线监测及巡检系统，包括PLC控制处理器、多个传感器、监控系统、人机交互触摸屏、DTU数据传输终端、总控中心和和PLC编程软件，所述PLC控制处理器与多个传感器连接，且PLC控制处理器与人机交互触摸屏连接，所述总控中心包括信息监控平台和后台数据处理系统。
优选的，多个传感器包括倾角传感器、风速传感器、温度传感器、压力变送器、转速传感器、拉力传感器和扭矩传感器。
优选的，所述监控系统包括电动伸缩杆、安装在电动伸缩杆顶部的3-4个摄像头及无线传输模块，所述摄像头拍摄到的图像通过无线传输模块传送给信息监控平台，并将图像数据存储在云台上，监控系统从采集端监控点至信息监控平台的监控中心，所有传输都采用无线网络传输，不受地域的限制，后期调整灵活。通过网络访问、不受地域限制，方便领导查阅。视频以及图片永久保存，方便日后查看。监督现场施工、对安全、工序以及质量严格把关。不受时间显示，随时进行查看。可以查看现场具体施工情况，及时了解重点工序的不规范操作。
优选的，所述倾角传感器安装在修井机梁尾的正中心处，以便实时检测操作时尾梁的水平和倾斜角度，所述风速传感器安装在修井机的天井上，用于实时检测风速，所述温度传感器安装在修井机的液压油箱上，便于实时检测油压温度，所述压力变送器安装在修井机液压系统油路的换向阀上，便于实时测量液压系统的压路压力，所述转速传感器安装在修井机大钩一端的滚筒上，便于测量大钩的钩速，所述拉力传感器安装在修井机的大绳尾部与指重表之间，用于测量大绳承受的拉力，所述扭矩传感器安装在角传动轴箱与传动轴相连处，便于检测传动轴的旋转扭矩值。
优选的，所述倾角传感器、风速传感器、温度传感器、压力变送器、转速传感器、拉力传感器和扭矩传感器与PLC控制处理器之间均设置有超限报警器，所述超限报警器的报警点参数根据修井技术规范进行设定，尤其涉及到钩速、钩载、扭矩、修井机底盘的平衡位置报警功能，可以极大地保证生产作业安全、设备过载保护，延长设备使用寿命。
优选的，所述DTU数据传输终端通过Internet网络与总控中心连接，使用传输设备DTU数据传输终端将数据通过移动2G、4G网络方式上传到通讯接收单元，并接入到Internet网络，在Internet网络上安装有中心服务器，上传的数据按约定的格式存入数据库，总控中心的人员可完成对数据分析处理、发布、用户管理等功能。
优选的，所述PLC控制处理器还连接有多个光电开关，多个所述光电开关分别安装在修井机井架的锁紧机构处，井架的锁紧机构处是通过锁紧销进行锁紧的，多个光电开关分别安装在多个锁紧销一侧的安装板上，在锁紧状态下光电开关检测不到锁紧销的存在，当锁紧机构的锁紧销松动时，锁紧销会产生后退，使光电开关检测到锁紧销，并将信号传递给PLC控制处理器，以便实时监控锁紧情况。
本发明通过倾角传感器、风速传感器、温度传感器、压力变送器、转速传感器、拉力传感器和扭矩传感对修井机的水平度、传动轴扭矩、大绳拉力、大钩钩速、液压系统的温度和压力等进行检测，并通过PLC控制处理器对检测到的数据进行采集，数据采集完成后，使用传输设备DTU数据传输终端将数据通过移动2G、4G网络方式上传到通讯接收单元，并接入到Internet网络，在Internet网络上安装有中心服务器，上传的数据按约定的格式存入数据库，总控中心的人员可完成对数据分析处理、发布、用户管理等功能，通过设置的人机交互触摸屏4在作业现场通过触摸屏技术，代替实际的按钮实现通断控制；在上面绘制数据输入按钮，可以输入数据给PLC中的寄存器；可以在上面显示plc的运行状态等功能，方便工人操作，可以观察这些数据的当前值，及时进行统计分析。
(三)有益效果
本发明提供了修井机在线监测及巡检系统。
具备以下有益效果：
1、本发明的在线监测及巡检系统是根据修井机发展需求，实现多种数据实时在线监测和分析，并将分析结果实时传输至客户端，让用户可以直观的看到修井现场的状态，还可以根据用户的需要组成计算机网络，实现数据共享。
2、本发明能够充分利用“互联网+”平台，将现代服务与传统产业深度融合。基于油田原有传统石油装备进行智能化改造、智能化升级，向着产业化升级方向迈进。
3、本发明使用PLC完成数据采集，数据采集完成后，使用传输设备DTU将采集的数据通过移动2G、4G网络方式上传到通讯接收单元，并接入到Internet网络，在Internet网络上安装有中心服务器，上传的数据按约定的格式存入数据库，监控中心人员可完成对数据分析、发布、用户管理等功能。
3、本发明完成的将各监测数据上传平台实现的数据分析和运维管理技术，通过后台数据处理系统将各作业参数形成报表。为合理制定设备维修保养计划提供科学依据。方便各业务管理部门在线了解设备的运行状况，井场HSE工作的落实情况，规范修井作业工作。减少各部门现场检查的频次，节约各项管理费用。
4、本发明设置了各监测位置超限报警技术。根据修井技术规范，各参数均设置了报警点。尤其涉及到钩速、钩载、扭矩、修井机底盘的平衡位置报警功能，可以极大地保证生产作业安全、设备过载保护，延长设备使用寿命。
5、本发明设置了井架锁紧机构的监测技术。保证井架的安全性，在作业过程中不会发生由于锁紧机构问题造成的设备毁损。
附图说明
图1为修井机在线监测及巡检系统的整体架构图。
图例说明
1、PLC控制处理器；2、多个传感器；201、倾角传感器；202、风速传感器；203、温度传感器；204、压力变送器；205、转速传感器；206、拉力传感器；207、扭矩传感器；3、监控系统；4、人机交互触摸屏；5、DTU数据传输终端；6、总控中心；601、信息监控平台；602、后台数据处理系统；7、超限报警器；8、PLC编程软件。
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。
实施例：
如图1所示，本发明实施例提供一种修井机在线监测及巡检系统，包括PLC控制处理器1、多个传感器2、监控系统3、人机交互触摸屏4、DTU数据传输终端5、总控中心6和和PLC编程软件8；PLC控制处理器1与多个传感器2连接，且PLC控制处理器1与人机交互触摸屏4连接，总控中心6包括信息监控平台601和后台数据处理系统602，多个传感器2包括倾角传感器201、风速传感器202、温度传感器203、压力变送器204、转速传感器205、拉力传感器206和扭矩传感器207，PLC控制处理器能够对倾角传感器201、风速传感器202、温度传感器203、压力变送器204、转速传感器205、拉力传感器206和扭矩传感器207检测到的数据进行采集，数据采集完成后，使用传输设备DTU数据传输终端将数据通过移动2G、4G网络方式上传到通讯接收单元，并接入到Internet网络，在Internet网络上安装有中心服务器，上传的数据按约定的格式存入数据库，总控中心的人员可完成对数据分析处理、发布、用户管理等功能。
通过设置的人机交互触摸屏4在作业现场通过触摸屏技术，代替实际的按钮实现通断控制；在上面绘制数据输入按钮，可以输入数据给PLC中的寄存器；可以在上面显示pIc的运行状态等功能，方便工人操作，可以观察这些数据的当前值，及时进行统计分析。
监控系统3包括电动伸缩杆、安装在电动伸缩杆顶部的3-4个摄像头及无线传输模块，摄像头拍摄到的图像通过无线传输模块传送给信息监控平台601，并将图像数据存储在云台上，监控系统从采集端监控点至信息监控平台601的监控中心，所有传输都采用无线网络传输，不受地域的限制，后期调整灵活。通过网络访问、不受地域限制，方便领导查阅。视频以及图片永久保存，方便日后查看。监督现场施工、对安全、工序以及质量严格把关。不受时间显示，随时进行查看。可以查看现场具体施工情况，及时了解重点工序的不规范操作。
倾角传感器201安装在修井机梁尾的正中心处，以便实时检测操作时尾梁的水平和倾斜角度，倾角传感器201内置高精度倾角测量单元，通过测量静态重力加速度，转换成倾角变化，从而可以测量传感器输出相对于水平面的倾斜和俯仰角度。输出方式RS232、RS485或TTL电平接口标准可选。抗外接电磁干扰能力强、可适应在工业恶劣环境中长期工作；
风速传感器202安装在修井机的天井上，用于实时检测风速，风速传感器202的传感器壳体和风杯采用铝合金材料，使用特种模具精密压铸工艺，尺寸公差甚小表面精度甚高，内部电路均经过防护处理，整个传感器具有很高的强度、耐候性、防腐蚀和防水性。电缆接插件为军工插头，具有良好的防腐、防侵蚀性能，能够保证仪器长期使用，同时配合使用风速传感器内部进口轴承，确保了风速采集的精确性；
温度传感器203安装在修井机的液压油箱上，便于实时检测油压温度，温度传感器203为铠装温度传感器，是一种热电阻式传感器。其工作原理是利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化来进行测温的。
压力变送器204安装在修井机液压系统油路的换向阀上，便于实时测量液压系统的压路压力，该压力变送器204为MIK-P300系列压力变送器压力敏感核心采用了高性能的进口硅压阻式压力充油芯体，内部的专用集成电路将传感器毫伏信号转换成标准电压、电流或频率信号，可以直接与计算机电路接口卡、控制仪表、智能仪表、PLC等方便相连。远距离传输可以采用电流输出方式。具有体积小、重量轻、全不锈钢密封结构等特点，可在腐蚀性环境中工作。该产品安装方便简洁，具有高抗震和抗冲击性能；
转速传感器205安装在修井机大钩一端的滚筒上，便于测量大钩的钩速，转速传感器205为CM-P系列齿轮转速传感器，采用新型磁敏感元件，钢铁材质导磁体触发，频响宽(从静态开始到15KHZ)稳定性好，抗干扰强，输出稳定的方波信号，能实现远距离传输。可测量转速、线速、位移、角位移和精密定位。位置型测速传感器有高低电平保持功能，从0转速开始测，可以应用于极低转速的检测和控制；
拉力传感器206安装在修井机的大绳尾部与指重表之间，用于测量大绳承受的拉力，拉力传感器206为拉力传感器DJSX-200，采用合金钢材质，可承受拉力和压力双向作用力的检测广泛；
扭矩传感器207安装在角传动轴箱与传动轴相连处，便于检测传动轴的旋转扭矩值，扭矩传感器207输出为频率方波信号或4-20mA电流信号，抗干扰能力强，使用方便。传感器由于是变压器感应供电，可以长期工作，广泛应用于电机、发电机、减速机、柴油机的转矩、转速和功率的检测。
倾角传感器201、风速传感器202、温度传感器203、压力变送器204、转速传感器205、拉力传感器206和扭矩传感器207与PLC控制处理器1之间均设置有超限报警器7，超限报警器7的报警点参数根据修井技术规范进行设定，尤其涉及到钩速、钩载、扭矩、修井机底盘的平衡位置报警功能，可以极大地保证生产作业安全、设备过载保护，延长设备使用寿命。
DTU数据传输终端5通过Internet网络与总控中心6连接，使用传输设备DTU数据传输终端将数据通过移动2G、4G网络方式上传到通讯接收单元，并接入到Internet网络，在Internet网络上安装有中心服务器，上传的数据按约定的格式存入数据库，总控中心的人员可完成对数据分析处理、发布、用户管理等功能。
PLC控制处理器1还连接有多个光电开关，多个光电开关分别安装在修井机井架的锁紧机构处，井架的锁紧机构处是通过锁紧销进行锁紧的，多个光电开关分别安装在多个锁紧销一侧的安装板上，在锁紧状态下光电开关检测不到锁紧销的存在，当锁紧机构的锁紧销松动时，锁紧销会产生后退，使光电开关检测到锁紧销，并将信号传递给PLC控制处理器，以便实时监控锁紧情况。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.修井机在线监测及巡检系统，其特征在于：包括PLC控制处理器(1)、多个传感器(2)、监控系统(3)、人机交互触摸屏(4)、DTU数据传输终端(5)、总控中心(6)和和PLC编程软件(8)；
所述PLC控制处理器(1)与多个传感器(2)连接，且PLC控制处理器(1)与人机交互触摸屏(4)连接，所述总控中心(6)包括信息监控平台(601)和后台数据处理系统(602)。
2.根据权利要求1所述的修井机在线监测及巡检系统，其特征在于：多个传感器(2)包括倾角传感器(201)、风速传感器(202)、温度传感器(203)、压力变送器(204)、转速传感器(205)、拉力传感器(206)和扭矩传感器(207)。
3.根据权利要求1所述的修井机在线监测及巡检系统，其特征在于：所述监控系统(3)包括电动伸缩杆、安装在电动伸缩杆顶部的3-4个摄像头及无线传输模块，所述摄像头拍摄到的图像通过无线传输模块传送给信息监控平台(601)，并将图像数据存储在云台上。
4.根据权利要求2所述的修井机在线监测及巡检系统，其特征在于：所述倾角传感器(201)安装在修井机梁尾的正中心处，所述风速传感器(202)安装在修井机的天井上，所述温度传感器(203)安装在修井机的液压油箱上，所述压力变送器(204)安装在修井机液压系统油路的换向阀上，所述转速传感器(205)安装在修井机大钩一端的滚筒上，所述拉力传感器(206)安装在修井机的大绳尾部与指重表之间，所述扭矩传感器(207)安装在角传动轴箱与传动轴相连处。
5.根据权利要求2所述的修井机在线监测及巡检系统，其特征在于：所述倾角传感器(201)、风速传感器(202)、温度传感器(203)、压力变送器(204)、转速传感器(205)、拉力传感器(206)和扭矩传感器(207)与PLC控制处理器(1)之间均设置有超限报警器(7)，所述超限报警器(7)的报警点参数根据修井技术规范进行设定。
6.根据权利要求1所述的修井机在线监测及巡检系统，其特征在于：所述DTU数据传输终端(5)通过lnternet网络与总控中心(6)连接。
7.根据权利要求1所述的修井机在线监测及巡检系统，其特征在于：所述PLC控制处理器(1)还连接有多个光电开关，多个所述光电开关分别安装在修井机井架的锁紧机构处。
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