CN221239202U - 一种智慧油井控制柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智慧油井控制柜，包括：在线监控终端、远程IO、变频器、智能电表、功能逻辑实现模块、电源模块，其中：所述远程IO有线连接变频器、智能电表；所述远程IO无线连接井口传感器、示功仪；所述远程IO通过以太网与在线监控终端相连，向在线监控终端发送现场数据、并接收其控制命令；所述电源模块连接远程IO模块、变频器、智能电表为其供电；所述在线监控终端监测油井的工作状态，并与油井在线智能控制系统的云平台保持通信。本实用新型的柜体操纵方便，具有工频、变频选择，本地、远程启停，本地、远程频率调节，工作状态指示及故障报警功能。

Description

一种智慧油井控制柜

技术领域

本实用新型涉及油田智能控制领域，具体来说是面向智慧油田的一种智慧油井控制柜。

背景技术

油田油井系统的连续、稳定和安全运行对于降低油田开采成本、提高抽油机效率和油井产量具有重要的意义。然而目前国内大部分油田分布于偏僻的边远地区，地域广阔且自然环境条件恶劣，导致对油井的监测和智能控制成为制约智慧油田发展的难点。

近年来，物联网技术的飞速发展推动了石油行业的智能化，为上述问题的解决提供了技术支撑，目前业内石油公司普遍已将物联网技术应用于油田勘探开发的各个过程中以实现油井数据的高效采集、传输、处理、分析和汇总。但目前国内油田的物联网系统大多还停留在油井数据采集和远程数据传输的阶段，在后续数据的综合分析和油井设备的调节控制上普遍还需依赖人工经验，这使得系统整体在实时性、精确度和人工成本上依然存在不足之处。因此，亟需一种能够实现工况诊断、工况变化识别、软件量油、人员入侵识别、自动冲次调节、自动启停控制、间抽制度优化等功能的智慧油井控制系统，以提高油田生产效率，降低生产成本和提升油井产量。

为解决以上技术问题，富岛油气公司经过研发，向国家知识产权局提交了专利申请：一种油井在线监控终端，公告号CN217767230U，该监控终端给出了油田工况的监控方案。

在线监控终端基于部署在其上的深度学习算法实时诊断油井的工作状态，通过4G通信方式与油井在线智能控制系统的云平台交互数据。在线监控终端将传感器数据、变频器数据、示功仪数据、报警数据、工况诊断和量油结果传输给云平台，同时接收云平台发送的配置参数、控制指令、程序升级文件。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种智慧油井控制柜，所述智慧油井控制柜包含在线监控终端，以支持对油井工况数据的实时采集、智能监测、远程传输，并能根据智能监测结果发送实时预警和后续控制指令，调节抽油机抽汲参数，稳定油田生产，满足了企业工程的应用需求，对提高油田生产效率，降低生产成本具有良好的应用价值。

技术方案：

一种智慧油井控制柜，包括：在线监控终端、远程IO、变频器、智能电表、功能逻辑实现模块、电源模块，其中：

所述远程IO有线连接变频器、智能电表；所述远程IO无线连接井口传感器、示功仪；所述远程IO通过以太网与在线监控终端相连，向在线监控终端发送现场数据、并接收其控制命令；

所述电源模块连接远程IO模块、变频器、智能电表为其供电；

所述在线监控终端监测油井的工作状态，并与油井在线智能控制系统的云平台保持通信。

优选的，所述在线监控终端的型号为富岛公司的RICEH_OPAC。

具体的，所述功能逻辑实现模块包括面板开关按钮模块及内部中间继电器模块、接触器模块及逻辑电路模块，其中：

所述开关按钮模块包括：工频变频选择开关SA1、频率调节选择开关SA2、远程启动选择开关SA3、电机启动按钮SB2、电机停止按钮SB1、手动调节旋钮、电机运行指示灯HR和变频故障指示灯HY；

所述中间继电器模块包括：中间继电器KA1，中间继电器KA2；所述接触器模块包括：控制工频主回路的接触器KM1，控制变频主回路的接触器KM2；

所述逻辑电路模块包括：变频器监控电路部分和连锁逻辑电路部分。

具体的，变频器监控电路部分中，在变频器启停控制端S1与COM端之间依次串接中间继电器KA2的第三常开触点KA2-3、中间继电器KA1的第二常开触点KA1-2及接触器KM2的常开触点；在变频器频率调节方式控制端S2与COM端之间依次串接频率调节选择开关SA2的远程档开关SA2-2、中间继电器KA1的第二常开触点KA1-2及接触器KM2的常开触点。

具体的，连锁逻辑电路部分中，在控制电源之间，并联接入6个控制电路：

1)变频器故障电路：变频器的TA、TC常开触点串接中间继电器KA1线圈；

2)故障提示电路：中间继电器KA1的第一常开触点串接变频故障指示灯HY；

3)工频运行电路：工频变频选择开关SA1的工频档开关SA1-1、中间继电器KA2的第一常开触点KA2-1、接触器KM2的常闭触点、接触器KM1的线圈；

4)变频运行允许电路：工频变频选择开关SA1的变频档开关SA1-2、接触器KM1的常闭触点、接触器KM2的线圈；

5)电机启停电路：先依次串接远程IO输出常闭触点RE-2、电机停止按钮SB1的常闭触点、然后串接三个并列电路：第一路为远程启动选择开关SA3的允许档开关SA3-1与远程IO输出的常开触点RE-1，第二路为电机启动按钮SB2的常开触点，第三路为KA2的常开触点；最后与中间继电器的KA2的线圈串接；

6)电机运行指示电路：中间继电器KA2的第二常开触点KA2-2串接电机运行指示灯HR。

具体的，所述远程IO采用LORA/ZigBee无线通信方式采集井口传感器数据、示功仪数据；远程IO采用第一RS485总线接口与变频器总线接口相连，远程IO采用第二RS485总线接口与智能电表总结接口相连，分别基于对应的Modbus协议对变频器进行监控及对智能电表进行电量数据采集。

具体的，在柜体的前面板开设孔槽，用于放置功能逻辑实现模块的开关按钮模块、变频器的调节面板以及智能电表的前面板。

具体的，所述电源模块采用三相四线输入，三相电为电机工频、变频工作提供电源，同时取一相电压作为220V控制电源，并将其整流为24V直流电为在线监控终端供电。

有益效果：

本实用新型的柜体操纵方便，具有工频、变频选择，本地、远程启停，本地、远程频率调节，工作状态指示及故障报警功能。

本实用新型属于在线监控终端的场景应用，在控制柜柜体的硬件结构/电路基础上，发挥在线监控终端的功能，充分利用物联网通信技术和人工智能技术，实现了油井工况数据的实时采集、智能监测、远程传输和本地存储，同时也实现了抽油机井故障的准确预警和抽汲参数的智能调节，具有良好的实时性。

本实用新型提升了油田生产效率，可有效降低人工成本，使油田生产管理工作更加高效化、实时化和智能化。

附图说明

图1为本实用新型的一种智慧油井控制柜框架结构示意图；

图2为本实用新型的一种智慧油井控制柜的远程IO相关信号及接线图；

图3为本实用新型的一种智慧油井控制柜前面板器件布置图；

图4为本实用新型的一种智慧油井控制柜功能逻辑实现模块的变频器监控电路部分图；

图5为本实用新型的一种智慧油井控制柜功能逻辑实现模块的连锁逻辑电路部分图。

具体实施方式

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作进一步说明：

一种智慧油井控制柜，其框架结构示意图如图1所示，包括控制柜柜体、在线监控终端、远程IO、变频器、智能电表、功能逻辑实现模块、电源模块。

所述在线监控终端用于油井工况数据处理分析、工况诊断、软件量油、智能调控、报警数据生成、控制指令下发；

所述远程IO用于采集到的油井工况数据、变频器数据和井口传感器数据；

所述变频器用于根据在线监控终端的控制指令调节现场的抽油电机频率的设备；

所述智能电表用于采集抽油电机的用电量；

所述功能逻辑模块用于控制柜逻辑功能的实现，包括本地、远程控制选择，工频、变频控制选择，本地启、停操作及电机状态指示。

所述电源模块用于在线监控终端、远程IO模块、变频器、智能电表的供电；

所述在线监控终端，优选富岛公司专利产品在线监控终端RICEH_OPAC，产品采用专利“一种油井在线智能监控终端”，公告号CN217767230U。该终端基于部署在其上的深度学习算法实时诊断油井的工作状态，通过4G通信方式与油井在线智能控制系统的云平台交互数据。在线监控终端将传感器数据、变频器数据、示功仪数据、报警数据、工况诊断和量油结果传输给云平台，同时接收云平台发送的配置参数、控制指令、程序升级文件。

所述的一种智慧油井控制柜通过以太网方式连接网络摄像头获取现场抽油设备工作过程视频数据，以在油井在线智能控制终端设置对应网络摄像头的IP地址进行配对连接，油井在线智能控制终端基于采集到的设备工作过程RTSP视频流数据进行工况视频识别；

所述远程IO，优选富岛公司专利产品远程控制终端RICEH_RIO，产品采用专利“一种远程IO模块”，公告号CN217767434U。远程IO采用LORA/ZigBee无线通信方式采集井口传感器数据、示功仪数据；远程IO采用第一RS485总线接口与变频器总线接口相连，远程IO采用第二RS485总线接口与智能电表总结接口相连，分别基于对应的Modbus协议对变频器进行监控及对智能电表进行电量数据采集。所述远程IO通过以太网与在线监控终端相连，向在线监控终端发送现场数据、并接收其控制命令。远程IO相关信号及接线如图2所示。

优选的，变频器选用蓝海华腾V9-H-4T-37G/45L变频器。

优选的，智能电表选用安科瑞PZ72L-E4/C智能电表。

所述的功能逻辑实现模块，其特征在于分为：面板开关按钮模块及内部中间继电器模块、接触器模块及逻辑电路模块。如图3所示为一种智慧油井控制柜前面板器件布置图，可以明确面板开关模块的安装分布情况。

所述开关按钮模块包括：工频变频选择开关SA1、频率调节选择开关SA2、远程启动选择开关SA3、电机启动按钮SB2、电机停止按钮SB1、手动调节旋钮、电机运行指示灯HR和变频故障指示灯HY。

所述中间继电器模块包括：中间继电器KA1，中间继电器KA2；所述接触器模块包括：控制工频主回路的接触器KM1，控制变频主回路的接触器KM2。

所述逻辑电路模块包括：变频器监控电路部分和连锁逻辑电路部分。

如图4所示为变频器监控电路部分，在变频器启停控制端S1与COM端之间依次串接中间继电器KA2的第三常开触点KA2-3、中间继电器KA1的第二常开触点KA1-2及接触器KM2的常开触点；在变频器频率调节方式控制端S2与COM端之间依次串接频率调节选择开关SA2的远程档开关SA2-2、中间继电器KA1的第二常开触点KA1-2及接触器KM2的常开触点。

如图5所示连锁逻辑电路部分，在220V控制电源(L1与N)之间，并联接入6个控制电路：

1)变频器故障电路：变频器的TA、TC常开触点串接中间继电器KA1线圈；

2)故障提示电路：中间继电器KA1的第一常开触点串接变频故障指示灯HY；

3)工频运行电路：工频变频选择开关SA1的工频档开关SA1-1、中间继电器KA2的第一常开触点KA2-1、接触器KM2的常闭触点、接触器KM1的线圈；

4)变频运行允许电路：工频变频选择开关SA1的变频档开关SA1-2、接触器KM1的常闭触点、接触器KM2的线圈；

5)电机启停电路：先依次串接远程IO输出常闭触点RE-2、电机停止按钮SB1的常闭触点、然后串接三个并列电路：第一路为远程启动选择开关SA3的允许档开关SA3-1与远程IO输出的常开触点RE-1，第二路为电机启动按钮SB2的常开触点，第三路为KA2的常开触点；最后与中间继电器的KA2的线圈串接；

6)电机运行指示电路：中间继电器KA2的第二常开触点KA2-2串接电机运行指示灯HR。

控制柜柜体的操作功能实现过程如下：

1)工频运行。将工频变频选择开关SA1切换到工频档，按下启动按钮SB2,中间继电器KA2的线圈得电，KA2-1的常开点接通，接触器KM1的线圈得电，使其主回路端子接通，电机得电工频运行。

2)变频运行。将工频变频选择开关SA1切换到变频档，接触器KM2的线圈得电，接触器KM2触点吸合接通变频器输出主回路。按下启动按钮SB2，中间继电器KA2的线圈得电，KA2-3的常开点接通变频器的正转信号，使变频器输出电压，电机得电运行。

3)变频调节方式选择。频率条件选择开关SA2切换到本地档，手动调节旋钮调节变频器外接电位器调节频率值；SA2切换到远程档，通过接收远程IO的RS485通信命令调节频率值。

4)本地启停。按下电机启动按钮SB2，中间继电器KA2的线圈得电，KA2的常开点根据选择的运行模式接通变频或工频回路。

按下电机停止按钮SB1，SB1的常闭点断开，中间继电器KA2的线圈失电，其常开触电断开，启动信号断开，电机断电停止。

5)启动方式选择。远程启动选择开关SA3切换至允许档，则允许远程启停，远程启动选择开关SA3切换至禁止档，则只能进行本地启停。

6)远程启停。在远程启动选择开关SA3切换至允许档条件下，油井在线智能控制系统的云平台给主机发出启动命令，在线监控终端将信号传输给远程IO，远程IO的继电器输出RE-1的常开点接通，使中间继电器KA2的线圈得电，KA2的常开点根据选择的运行模式接通变频或工频回路。

在远程启动选择开关SA3切换至允许档条件下，油井在线智能控制系统的云平台给主机发出停止命令，在线监控终端将信号传输给远程IO，远程IO的继电器输出RE-2的常闭点断开，中间继电器KA2的线圈失电，其常开触电断开，启动信号断开，电机断电停止。

7)变频报警。当电机出现过流、过压、短路等故障时，变频器的继电器输出端子TA和TC会导通，使中间继电器KA1的线圈得电，KA1的常开点闭合，点亮变频器故障指示灯。

8)运行指示。当中间继电器KA2的线圈得电，KA2-2的常开点闭合，点亮电机运行指示灯。

如图3所示，所述控制柜柜体在其前面板上开有孔曹用于放置功能逻辑实现模块的开关按钮模块、变频器调节面板以及智能电表的前面板。

所述控制柜柜体，其特征在于电源模块采用三相四线输入，三相电为电机工频、变频工作提供电源，同时取一相电压作为220V控制电源，并将其整流为24V直流电为在线监控终端供电。

申请人强调，在整个控制柜中，在线监控终端基于部署在其上的深度学习算法实时诊断油井的工作状态，通过4G通信方式与油井在线智能控制系统的云平台交互数据。在线监控终端将传感器数据、变频器数据、示功仪数据、报警数据、工况诊断和量油结果传输给云平台，同时接收云平台发送的配置参数、控制指令、程序升级文件。所述在线监控终端为富岛公司市售产品，不应当作为对本实用新型保护客体的限制。

本控制柜的核心在于功能逻辑模块，为在线监控终端的工作提供外围控制逻辑电路：控制柜柜体硬件结构则基于无线/有线拓扑，实现采集信息和在线监控终端控制信息的传输，基于功能逻辑模块实现控制柜逻辑功能的实现(本实用新型的柜体操纵方便，具有工频、变频选择，本地、远程启停，本地、远程频率调节，工作状态指示及故障报警功能)。以上均属于实用新型的保护范畴。

Claims (8)

1.一种智慧油井控制柜，其特征在于，包括：在线监控终端、远程IO、变频器、智能电表、功能逻辑实现模块、电源模块，其中：

所述远程IO有线连接变频器、智能电表；所述远程IO无线连接井口传感器、示功仪；所述远程IO通过以太网与在线监控终端相连，向在线监控终端发送现场数据、并接收其控制命令；

所述电源模块连接远程IO模块、变频器、智能电表为其供电；

所述在线监控终端监测油井的工作状态，并与油井在线智能控制系统的云平台保持通信。

2.根据权利要求1所述的一种智慧油井控制柜，其特征在于，所述在线监控终端的型号为富岛公司的RICEH_OPAC。

3.根据权利要求1所述的一种智慧油井控制柜，其特征在于，所述功能逻辑实现模块包括面板开关按钮模块及内部中间继电器模块、接触器模块及逻辑电路模块，其中：

所述开关按钮模块包括：工频变频选择开关SA1、频率调节选择开关SA2、远程启动选择开关SA3、电机启动按钮SB2、电机停止按钮SB1、手动调节旋钮、电机运行指示灯HR和变频故障指示灯HY；

所述中间继电器模块包括：中间继电器KA1，中间继电器KA2；所述接触器模块包括：控制工频主回路的接触器KM1，控制变频主回路的接触器KM2；

所述逻辑电路模块包括：变频器监控电路部分和连锁逻辑电路部分。

4.根据权利要求3所述的一种智慧油井控制柜，其特征在于，变频器监控电路部分中，在变频器启停控制端S1与COM端之间依次串接中间继电器KA2的第三常开触点KA2-3、中间继电器KA1的第二常开触点KA1-2及接触器KM2的常开触点；在变频器频率调节方式控制端S2与COM端之间依次串接频率调节选择开关SA2的远程档开关SA2-2、中间继电器KA1的第二常开触点KA1-2及接触器KM2的常开触点。

5.根据权利要求3所述的一种智慧油井控制柜，其特征在于，连锁逻辑电路部分中，在控制电源之间，并联接入6个控制电路：

1)变频器故障电路：变频器的TA、TC常开触点串接中间继电器KA1线圈；

2)故障提示电路：中间继电器KA1的第一常开触点串接变频故障指示灯HY；

3)工频运行电路：工频变频选择开关SA1的工频档开关SA1-1、中间继电器KA2的第一常开触点KA2-1、接触器KM2的常闭触点、接触器KM1的线圈；

4)变频运行允许电路：工频变频选择开关SA1的变频档开关SA1-2、接触器KM1的常闭触点、接触器KM2的线圈；

5)电机启停电路：先依次串接远程IO输出常闭触点RE-2、电机停止按钮SB1的常闭触点、然后串接三个并列电路：第一路为远程启动选择开关SA3的允许档开关SA3-1与远程IO输出的常开触点RE-1，第二路为电机启动按钮SB2的常开触点，第三路为KA2的常开触点；最后与中间继电器的KA2的线圈串接；

6)电机运行指示电路：中间继电器KA2的第二常开触点KA2-2串接电机运行指示灯HR。

6.根据权利要求1所述的一种智慧油井控制柜，其特征在于，所述远程IO采用LORA/ZigBee无线通信方式采集井口传感器数据、示功仪数据；远程IO采用第一RS485总线接口与变频器总线接口相连，远程IO采用第二RS485总线接口与智能电表总结接口相连，分别基于对应的Modbus协议对变频器进行监控及对智能电表进行电量数据采集。

7.根据权利要求1所述的一种智慧油井控制柜，其特征在于，在柜体的前面板开设孔槽，用于放置功能逻辑实现模块的开关按钮模块、变频器的调节面板以及智能电表的前面板。

8.根据权利要求1所述的一种智慧油井控制柜，其特征在于，所述电源模块采用三相四线输入，三相电为电机工频、变频工作提供电源，同时取一相电压作为220V控制电源，并将其整流为24V直流电为在线监控终端供电。