CN213126086U - 油田站场无人值守智能集控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油田站场无人值守智能集控装置，包括：控制系统，用于为控制系统供电的双电源冗余单元，以及与控制系统连接的人机交互单元、大数据处理单元、火灾报警联动单元、可燃气体联动单元和视频监控单元等多个功能单元；其中，所述控制系统包括：双CPU冗余单元，双网络冗余单元和IO单元。本实用新型的油田无人值守智能集控装置，是实现油田转油站无人值守的一整套解决方案，可实现站场全自动运行，以达到减员增效的目的；且该装置广泛采用冗余技术，以达到安全可靠运行的目的。

Description

油田站场无人值守智能集控装置

技术领域

本实用新型涉及能源、信息和自动化技术领域，属于智能管理调控装置，具体涉及一种油田站场无人值守智能集控装置。

背景技术

目前，油田随着产能在不断提升，而人员却存在大批量退休、调出等情况，用人和产能的矛盾不断提升，减员增效，无人值守站建设成为一种刚需。对于油田转油站来说，目前开始了信息化改造，处于安全方面的考虑，目前达到了只监不控或局部远程控制的程度，还需要人员值守。

目前要实现无人值守存在以下几个方面的问题需要解决：检测设备的准确性和可靠性；执行部件动作的准确性和可靠性；出现异常情况识别的快速性和准确性；出现异常后处理的系统性和决策支撑性；等。

在油田数字化建设的的形势下，无人值守站的建设正在大幅推进，在满足基本的控制管理要求的前提下，如何才能更安全、更有效的实现无人值守，解放劳动力，实现经济效益最大化，研制更可靠、功能更全面的无人值守控制系统和装置，就成了目前急需突破的一环。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种油田站场无人值守智能集控装置，用于安全实现油田站场的自动化运行，达到减员增效的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供一种油田站场无人值守智能集控装置，该装置包括：控制系统，用于为控制系统供电的双电源冗余单元，以及与控制系统连接的多个功能单元，所述多个功能单元包括故障检测单元、人机交互单元、大数据处理单元、火灾报警联动单元、可燃气体联动单元和视频监控单元；其中，所述双电源冗余单元，连接两路电源输入，当其中一路电源输入断电时，切换到另一路电源输入，以便为控制系统不间断供电；所述控制系统包括：双CPU冗余单元，具有采用光纤进行数据同步、实时热备的两个CPU单元，当其中的主CPU单元出现问题时，立即切换到备用CPU单元；双网络冗余单元，采用互为冗余的双网络环网连接所述多个功能单元，当一个网络出现问题时，切换至冗余的另一网络继续通信，以便所述控制系统与各个功能单元实时通信；IO单元，与双CPU冗余单元的任一CPU单元自由切换连接，以及通过双网络冗余单元与任一网络自由切换连接，用于完成数据采集及控制输出。

一种可能的实现方式中，所述双电源冗余单元的两路电源输入分别为市电和UPS后备电源。

一种可能的实现方式中，所述大数据处理单元，内置数据存储单元，用于通过所述IO单元对油田站场工艺管线及设备数据进行周期性采集，存入数据存储单元中，对数据进行分析，用于智能调控。

一种可能的实现方式中，所述火灾报警联动单元包括：火灾报警主机及其连接的火焰检测单元、烟感探测单元和手动报警单元。

一种可能的实现方式中，所述可燃气体联动单元包括：用于检测可燃气体浓度的可燃气体探测器，用于根据检测信号进行报警的可燃气体报警主机，用于与控制系统通讯、上报报警信号的通讯单元，以及，用于根据通讯单元的指令进行通风的联动风机。

一种可能的实现方式中，所述视频监控单元用于获取分布于油田站场各站点的摄像头视频信息。

本实用新型通过采用以上技术方案，取得了以下技术效果：

本实用新型的油田无人值守智能集控装置，是实现油田转油站无人值守的一整套解决方案，用于解决常规控制系统中对设备故障识别的局限性和经济性的限制，兼具节能、管理、智能，以及完备的故障处理机制，给油田无人值守提供了一种经济可靠的解决方案。该装置可实现站场全自动运行，以达到减员增效的目的；且该装置广泛采用冗余技术，以达到安全可靠运行的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型的油田站场无人值守智能集控装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，进行详细的说明。

本实用新型结合当前前沿的自动化技术、信息化技术，提供一种适应当前油田无人值守站工艺的具有故障智能识别技术和完善的异常处理机制的先进的无人值守装置——油田站场无人值守智能集控装置。

该装置是整个油田无人值守系统的基石和支撑，其目标是：1、实现站场全自动运行，无需人工干预；2、保障数据采集、设备控制的准确性和可靠性，提供完备的故障智能识别能力；3、保障系统的可靠稳定运行，出现异常状态时，系统具有系统性的快速处理能力和完善的故障处理数据支持。

该装置采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则进行设计，为保证本身可靠性，一是广泛应用高可靠性的硬件设备和生产工艺；二是广泛采用冗余技术；三是广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。

如图1所示，本实用新型的油田站场无人值守智能集控装置包括：控制系统01，用于为控制系统供电的双电源冗余单02，以及与控制系统连接的多个功能单元。其中，控制系统包括：双CPU冗余单元，双网络冗余单元，以及IO(输入输出)单元。多个功能单元包括：故障检测单元03、人机交互单元04、大数据处理单元05、火灾报警联动单元06、可燃气体联动单元07和视频监控单元08。

以下按结构组成分别进行说明：

(一)冗余的双电源冗余单元。

双电源冗余单元采用冗余的双电源冗余单元，具有两路输入和一路输出；连接两路电源输入，当其中一路电源输入断电时，切换到另一路电源输入，以便为控制系统不间断供电。

具体的，双电源冗余单元的两路输入，一路接市电，一路接UPS后备电源，一路输出则接控制系统以及油田站场的现场传感器、现场电动阀门等执行部件。双电源冗余单元可自动选择任意一路电源输入进行供电，一旦单路断电，则自动切换到另一路，保证输出端总是有正常电源输出。双电源冗余单元的电源状态接受控制系统的实时监测，如果无人值守站场出现停电事故时，控制系统能自动进行识别，依靠UPS后备电源能保证系统有足够的时间去进行应急处理。

(二)双CPU冗余单元。

双CPU冗余单元，具有两个互为冗余的CPU单元，两个CPU单元采用光纤进行数据同步和实时热备，支持热插拔，一旦主CPU单元出现问题，立即切换到备用CPU单元，由备用CPU单元接管系统控制，有效保证装置自身的安全性。

双CPU冗余单元构成的核心控制单元，是整个装置的逻辑控制核心，实现基本的逻辑控制和连锁保护功能，主要功能包含：

(1)三合一液位控制：

三合一设备最重要的控制参数是液位控制，在气系统压力稳定的前提下，通过对外输泵的频率进行PID控制，达到液位控制的目的。

(2)二合一液位控制

二合一进口管线安装电动调节阀，通过对进口阀门开度进行PID控制，达到达到液位控制的目的。

(3)掺水、热洗恒压控制

掺水、热洗采集泵后压力，通过对掺水泵、热洗泵频率的PID控制，实现掺水、热洗的恒压控制功能。

(4)自动收油

除油器和二合一设备油室分别安装液位计，通过液位的高低限控制，实现自动收油功能。

(5)自动排污

排污池安装液位计，通过液位的高低限控制，实现自动排污。

(6)三合一气路稳压控制

转油站三合一设备最重要的控制参数就是液位，而三合一气压对液位影响非常大，为了控制三合一液位，就必须先对三合一气系统进行稳压控制。目前采用的放法，实在三合一气出口增加电动阀门，通过阀门开度的PID控制，实现罐内气压的稳定。

(7)泵振动、温度检测

为了检测泵的运行是否出现偏心、磨损等状态，在泵和电机的轴向和径向安装一体化的温度震动传感器，通过通讯的方式，CPU单元实时获取数据，一旦出现超过报警值得情况，系统会自动生成相应的报警信息，提示人工进行检修。

(8)自动配药、加药

本装置具有自动配药、加药功能，系统设置一组原药箱和配药箱，分别设置有一组液位计和上下限液位开关，原药箱作为原药储存罐，系统设置加药液位和配药液位，当进行配药流程时，系统打开原药箱出口阀，原药进入配药箱，达到配药液位时关闭原药箱出口阀，打开配要想进水阀，水进入配药箱中，达到加药液位时关闭进水阀，启动加药泵进口阀和加药泵，进入自动加药流程。

(三)双网络冗余单元。

双网络冗余单元，采用互为冗余的双网络环网连接各个功能单元，当一个网络出现问题时，切换至冗余的另一网络继续通信，保证通讯网络可用，以便控制系统与所连接的各个功能单元可以实时通信。

(四)IO单元。

IO单元主要用于完成数据采集及控制输出，通过总线与Y型连接器连接，Y型连接器跨接在双网络上，与双CPU冗余单元的任一CPU单元自由切换连接，以及通过双网络冗余单元与任一网络自由切换连接与通讯。

IO单元包含数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出四种模块，对现场数据机型采集和实现控制功能。

(五)故障诊断单元。

故障诊断单元主要是对控制系统硬件进行故障诊断，包含总线故障、模块故障、存储卡故障、接口模块故障、冗余故障、传感器断线故障等。故障诊断单元可以采用独立的硬件装置实现。

(六)人机交互单元。

人机交互单元主要包含一个工程师站、多个操作员站，是人机交互的窗口，可以是实现数据的远程监控、报警显示、远程操作、报表自动生成、设备运行状态监控等功能，采用双网卡配置，跨接与冗余网络上，与控制系统进行通讯。

(七)大数据处理单元。

大数据处理单元硬件是一台高性能服务器，内置数据存储单元和多种算法模型，通过IO单元对站场工艺管线及设备数据进行周期性采集，存入数据存储单元中，内置的算法模型对数据进行分析，实现智能调控。主要功能如下。

(1)故障智能识别：

故障识别功能，是结合自动化技术和计算机大数据处理技术于一体的一种故障识别方法，不同于常规的自动化检测技术，从经济性和可靠性出发，利用装置的IO单元，对现场数据进行采集，周期性存储于数据库中，通过对检测点位上下游数据和工况的综合分析，利用故障检测模型算法，实现对监测点状态的预测，预测结果与采集到的数据变化趋势进行对比，可以利用故障特征库，对当前采集数据进行跳变或者限值监测，符合分析，综合进行判断，可以可靠、有效的实现对单点采集点进行故障识别，不需要增加额外的传感器进行冗余，不会增加硬件成本，此种方法，属于行业内首创，可以有效的解决油田无人值守转油站投资成本与可靠性要求以及安装位置受限方面的矛盾。

如上，故障智能识别功能单元采用大数据处理技术，对监测点上下游数据趋势分析和不同运行周期对比，预测该点位值与实际采集值偏差情况进行故障判定。

(2)加热炉智能托管：

加热炉控制对多时段、长周期，多任务的计划工作管理没有好的处理办法，大数据处理单元结合信息化技术，采用大数据分析预测对加热炉进行托管和只能调控，对实现加热炉智能托管、工作计划管理对比常规自控装置具有明显的优势，可以多时段，长周期的对加热炉进行综合管理，自动稳定可靠运行，解放人力。

(3)人工巡检计划动态管理：

大数据处理单元可以对现场数据进行多维度的综合分析，实现故障的预测分析，可以对部件出问题的几率进行计算，对于故障几率极低的设备，没必要多次巡检，对于故障几率高，预测到已经产生的故障或即将产生的故障，需要立即安排巡检或者增加巡检几率，以大数据为支撑，可以动态的优化管理巡检计划，提高巡检效率和质量，对实际生产具有积极作用。

(4)设备全寿命周期管理：

大数据处理单元同时具备设备管理功能，可采用大数据管理功能进行设备的全寿命管理。具体的，系统可以建立设备台账，对设备使用寿命和投产时间进行管理，结合设备部件在实际使用过程中的故障产生频率进行综合分析，可以计算出设备使用寿命的预估值，提前进行提示，有利于备品备件的提前申请和管理，并未设备维修和报废提供决策依据。

(5)节能降耗：

无人值守站能耗最大的设备就是加热炉，以加热炉为例，加热炉温度控制是一个滞后系统，常规PID控制很难控制的很好，提火降火不及时，控制温度就会出现过冲的情况，会浪费一定的燃料。而掺水末端温度只需要高于油凝固点3～5℃就可以满足实际工艺要求，而常规方法，加热炉温度控制设定值是一个定值，不考虑环境温度的变化的影响，也不考虑炉效的影响，就会浪费很多能量，而大数据处理模块，根据内置的算法模型，对炉效进行判断，依据外界温度变化预测出满足实际需求所需要的控制温度，合理分配多台炉出力，优化路况，达到节能降耗的目的。

如上，可采用大数据分析对加热炉设备依据效率进行智能管理调配以及根据外界环境对控制温度进行实时预测智能调控达到降耗节能的目的。

(八)火灾报警联动单元。

包含火灾报警主机、烟感检测单元，火焰检测单元和手动报警单元，以及联动输入输出单元几部分组成。

火焰检测单元主要由设定在站内的火焰检测器组成，通过总线的方式与火灾报警主机进行数据交互。

烟感探测单元主要由分布于站内的烟感探测器组成，通过总线与火灾报警主机相连。

手动报警单元主要与分布于站内的人工报警柱组成，作为前两种火灾检测手段的补充。

烟感、火焰探测器和人工报警柱都具有自己位移的编码，一旦哪个监测点检测到火灾信息，火灾报警主机能立即识别到发生位置，火灾报警主机通过RS485总线与集控装置进行实时数据交互，一旦检测到火灾信息，集控装置能第一时间感知，进行火灾报警应急流程处理。

(九)可燃气体联动单元。

可燃气体联动单元主要由可燃气体探测器、可燃气体报警主机、联动风机、通讯单元组成，设置在站内可燃气体探测器实时对安装位置的可燃气体浓度进行检测，信号接入火灾报警主机，一旦浓度超标系统会进行声光报警；通讯单元与集控装置控制器进行通讯，集控装置控制系统会实时获取浓度数据和报警信息，一旦超过预设值，会自动启动联动风机进行通风，降低当前位置气体浓度，同时上传报警信息，提示进行人工干预。

(十)视频监控单元。

安装于操作员站的监控软件平台的视频监控单元，通过网络获取分布于站点的摄像头视频信息，并于软件平台安防界面左侧进行显示，一旦发生火灾等情况，系统会自动识别发生区域，调出相应区域的视频于屏幕正中进行显示，一边操作员对火灾情况进行二次确认，防止出现误报警情况，在一定的时间内，人工没有进行确认。此项功能是自动化检测技术、视频技术和信息化技术结合的一种新型应用模式，目前行业内尚数首创。如上，可通过火灾报警与视频联动二次确认，筛除误报。

以上，本实用新型公开了一种油田无人值守智能集控装置，该装置通过采用以上技术方案，取得了以下技术效果：

本实用新型的油田无人值守智能集控装置，是实现油田转油站无人值守的一整套解决方案，用于解决常规控制系统中对设备故障识别的局限性和经济性的限制，兼具节能、管理、智能，以及完备的故障处理机制，给油田无人值守提供了一种经济可靠的解决方案。该装置可实现站场全自动运行，以达到减员增效的目的；且该装置广泛采用冗余技术，以达到安全可靠运行的目的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种油田站场无人值守智能集控装置，其特征在于，包括：

控制系统，用于为控制系统供电的双电源冗余单元，以及与控制系统连接的多个功能单元，所述多个功能单元包括故障检测单元、人机交互单元、大数据处理单元、火灾报警联动单元、可燃气体联动单元和视频监控单元；其中，

所述双电源冗余单元，连接两路电源输入，当其中一路电源输入断电时，切换到另一路电源输入，以便为控制系统不间断供电；

所述控制系统包括：

双CPU冗余单元，具有采用光纤进行数据同步、实时热备的两个CPU单元，当其中的主CPU单元出现问题时，立即切换到备用CPU单元；

双网络冗余单元，采用互为冗余的双网络环网连接所述多个功能单元，当一个网络出现问题时，切换至冗余的另一网络继续通信，以便所述控制系统与各个功能单元实时通信；

IO单元，与双CPU冗余单元的任一CPU单元自由切换连接，以及通过双网络冗余单元与任一网络自由切换连接，用于完成数据采集及控制输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述双电源冗余单元的两路电源输入分别为市电和UPS后备电源。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述大数据处理单元，内置数据存储单元，用于通过所述IO单元对油田站场工艺管线及设备数据进行周期性采集，存入数据存储单元中，对数据进行分析，用于智能调控。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述火灾报警联动单元包括：火灾报警主机及其连接的火焰检测单元、烟感探测单元和手动报警单元。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述可燃气体联动单元包括：用于检测可燃气体浓度的可燃气体探测器，用于根据检测信号进行报警的可燃气体报警主机，用于与控制系统通讯、上报报警信号的通讯单元，以及，用于根据通讯单元的指令进行通风的联动风机。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述视频监控单元用于获取分布于油田站场各站点的摄像头视频信息。

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