CN104714515A - 井场数字集成管控*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种井场数字集成管控***，包括背面接口部分、内部结构部分和前面板部分，所述的内部结构部分包括集成了数据采集的双冗余CPU模块；环境监控模块；方仓设备监控模块；9位电流检测模块；3G通讯模块；双冗余电源转换和切换模块；数据采集存储***和数据应用展示***。本发明可实现钻井、录井、测井、物探、井下作业等各个专业的全覆盖，建成现场数据采集、数据传输、视频监控、设备监控、视频会议、生产调度、生产运行统计等各个***的信息共享平台，满足各专业的生产实时管理、动态数据分析、应急通信及远程指挥等业务需求。
Description
技术领域
本发明涉及井场生产数据综合采集、存储、展示技术领域，确切地说涉及一种用于钻井作业现场的井场数字集成管控***。
背景技术
国内大型的钻井服务公司，如川庆钻探工程有限公司作业队伍已经分布于川、渝、陕、甘、宁、蒙、新等7个省区，同时在国际市场已经服务于土库曼斯坦、巴基斯坦、厄瓜多尔、***等多个国家，具有专业化服务队伍800余支，服务专业涉及到勘探、钻井、测井、录井、井下作业、钻井射孔、油气田地面建设等多个专业。为保障已建成的工程技术生产运行管理***（A7）、ERP***、钻井参数监测***、综合录井仪***、三维地质分析***、柴油机监控***、油料监控***及下一步建立的物联网***（A12）***的综合组网运行，满足各专业的生产实时管理、动态数据分析、应急通信及远程指挥等业务需求，提高工程技术服务业务的管理效率与水平，达到钻井公司对生产安全管理、勘探开发专业数据管理等其他业务管理内容提供所需的数据支持的要求，而目前，还未检索到有这样大型的现场信息平台，来满足或支持生产管理、指挥调度和应急响应等需求。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种井场数字集成管控***，本发明能提高工程技术服务业务的管理效率与水平，达到钻井公司对生产安全管理、勘探开发专业数据管理等其他业务管理内容提供所需的数据支持的要求。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种井场数字集成管控***，包括背面接口部分、内部结构部分和前面板部分，其特征在于：所述的内部结构部分包括
集成了数据采集的双冗余CPU模块：生产数据通过总线接入双冗余CPU***，完成数据的采集和协议转换，通过TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***；
环境监控模块：烟雾传感器、温度传感器、水浸传感器的信号通过环境监控传感器接口接入环境监控模块后，依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***；
方仓设备监控模块：12位电流检测模块的信号通过环境监控传感器接口接入方仓设备监控模块后，依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***；
9位电流检测模块：主电源接口通过9位电流检测模块接入方仓设备监控模块；
3G通讯模块：天线信号通过3G馈线接口与3G通讯模块连接后，依据TCP/IP协议接入网络交换机，再接入数据采集存储***和数据应用展示***；
双冗余电源转换和切换模块：为各个模块提供可切换的电源；
数据采集存储***：采用intel至强6核低电压版的X86服务器平台，oracle数据库***；
数据应用展示***：采用intel至强6核低电压版的X86服务器平台，oracle数据库***；
还包括重要设备运行记录模块：用于对重要设备的运行情况进行记录，与网络交换机连接。
所述的背面接口部分包括：
各生产数据总线的输入接口：与双冗余CPU模块相连；
RJ45接口：网络数字输入、环境监控摄像机输入和网络通讯均经RJ45接口与网络交换机连接；
传感器接口：烟雾传感器、温度传感器和水浸传感器均经传感器接口与环境监控模块相连；
12位电流检测模块输入：12位电流检测模块的信号通过传感器接口接入方仓设备监控模块；
音视频输入输出接口：音视频均通过音视频切换处理模块进行集成处理，实现各通道音视频信号的输入和输出切换；
3G信号接口：用于输入3G信号至3G通讯模块；
声光报警输出接口：用于连接声光报警器至环境监控模块；
220V电源输入输出接口：用于提供220V电源至双冗余电源转换和切换模块。
所述的前面板部分包括：用于井场数字集成管控***运行参数和状态的集中显示的液晶触摸屏，并安装有运行指示灯和报警指示灯，以及报警清除按钮和报警复位按钮，所述运行指示灯、报警指示灯、报警清除按钮和报警复位按钮均与环境监控模块连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、以高性能的数据采集存储***、数据应用展示***为核心，集中实现对各种型号的集成和管控。
2、生产数据通过总线接入双冗余CPU***，完成数据的采集和协议转换，通过TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***。
3、集中管控目前勘探、钻井、测井、录井、井下作业、钻井射孔、油气田地面所建立的各个子***的数据。数据类型包括：485总线、CAN总线、依据TCP/IP协议传输的有线或无线数字和视频信号。
4、通过音视频切换处理模块，可以实现对各路音视频信号的输入、生产切换控制。
5、通过环境监控模块，可实现对数字化值班房运行环境的监控和报警。
6、具有数字集成管控***内部环境温度的调节和控制功能。
7、全冗余SCADA现场数据采集、传输、控制：现场物探、钻井、录井、测井、井下作业等专业的设备数据采集、数据传输，能把所采集数据转化为符合WITSML（井场信息传递标准标记语言）数据格式。
8、两块CPU模块同时运行，一块运行于主控模式，另一块运行于热备份模式。当其中任一块CPU发生故障时另一块CPU立即监视到并发出报警，自动将正常的CPU投入主控模式。
9、每个CPU 的以太通信接口有独立的IP地址和物理连接，确保数据传送的稳定可靠。
10、具有数据记录与回放功能，对重要数据进行现场记录保存，实现“黑匣子”功能。支持***对时功能，***提供多种对时功能，方便对井场数据进行统一管理。
11、集成音视频、USB切换模块，实现多路音视频（视频会议、电脑主机画面的VGA、DVI、YPbPr；电脑音频）信号经过音视频信号切换模块输出到显示大屏。2台USB切换器实现2套无线键盘鼠标控制任意电脑主机，同时可使用U盘等外设。
12、集成3G通信模块，通过内建的3G双模网关模块，支持电信CDMA2000、联通WCDMA的3G无线数据卡产品，可与石油内网建立VPN通信隧道。
13、本发明还具有重要设备运行记录模块，具有数据记录与回放功能，对重要数据进行现场记录保存，实现“黑匣子”功能。支持***对时功能，***提供多种对时功能，方便对井场数据进行统一管理。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明的结构原理图。
具体实施方式
作为本发明的最佳实施方式，其详细说明如下：
一、功能设计：附图1是本发明的***图。按功能的不同，井场数字集成管控***划分为三部分。
1、背面接口部分：包括了各种信号的输入输出。集成了各生产数据总线的输入接口、RJ45接口（含网络数字输入、环境监控摄像机输入、网络通讯）、传感器接口（含烟雾传感器、温度传感器、水浸传感器）、12位电流检测模块输入、音视频输入输出接口、3G信号接口、声光报警输出接口、220V（UPS）电源等输入输出接口。
2、内部结构部分：各处理***的集成。集成了数据采集的双冗余CPU模块、环境监控模块、方仓（数字化办公室）设备监控模块、9位电源（配电输出）检测模块、重要设备运行记录模块、3G通讯模块、双冗余电源转换和切换模块、网络交换机、数据采集存储***、数据应用展示***等，是本发明的核心部分。
3、前面板部分：15英寸触摸液晶屏用于井场数字集成管控***运行参数和状态的集中显示。同时还安装有运行指示灯和报警指示灯，以及报警清除按钮和报警复位按钮。
二、运行流程
1、数据采集存储***和数据应用展示***：均采用超高密集型灵活高效的intel至强6核低电压版的X86服务器平台，oracle数据库***。具有高密度计算性能以及更低的能耗和运行成本。各提供2个USB2.0接口，2个千兆网口，1个串行端口，1个VGA端口，1个远程管理口。采用X86架构的Windows Server 2008 R2操作***、配置Oracle数据库。
2、生产数据处理：各子***的生产数据通过总线接入双冗余CPU***，完成数据的采集和协议转换，通过TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***。
3、网络数据处理：通过RJ45接口接入的网络数据依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***。
4、环境监控摄像机接入：通过RJ45接口接入的数字视频信号依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***。
5、数字化办公室配电检测： 12位电流检测模块的信号通过环境监控传感器接口接入方仓设备监控模块后，依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***。
6、传感器信号处理：烟雾传感器、温度传感器、水浸传感器的信号通过环境监控传感器接口接入环境监控模块后，依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***。其运行参数超过预设的报警值时，通过声光报警器接口输入报警信号。
7、音视频输入输出：均通过音视频切换处理模块进行集成处理，实现各通道音视频信号的输入和输出切换。
8、3G通讯：天线信号通过3G馈线接口3G通讯模块连接后，依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***。
9、内部温度调节：井场数字集成管控***内部重点部位安装有4个温度传感器，其信号接入温度传感器转换模块后，再接入运行环境监控模块，然后依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***。当***发热使局部温度升高时，可通过风扇变频控制模块输出信号给6个换热风扇，调节其运转速度，实现热量的有效散出。
10、配电***：井场数字集成管控***自带1路输入和8路输出的220V电源监控***，可同时监控输入电流和8路输出电流的大小。***内部通过各个配电模块，可实现直流5V、12V、24V的供电。直流电源采用双冗余结构，当其中一路供电出现问题是，可自动切换到工作正常的供电回路，以确保井场数字集成管控***的稳定工作。
以下再进一步详细说明本发明所能达到的功能和效果：
1）硬件结构采用模块、板卡化设计：
集成数据采集器硬件架构布局设计采用模块化、板块化设计制造，超高密度灵活集成数据采集、数据格式转换、数据存储、数据传输、管理应用***、***运行及运行环境监控、双模3G通信、预留控制功能等扩展接口、可扩展支持WIFI网络等功能。功能模块采用活动滑轨板卡设计，运营维护的操作方便。
***可方便的增加各种类型I/O（输入、输出）点，方便接入现有或者新增数据采集点，为数字化井场建设预留物理通道。
***提供数据存储的冗余备份，采用低功耗设计，共享冗余电源和散热***，提高运行可靠性的同时，降低了能耗等成本，还节省了大量的空间。***提供独立的人机交互界面，可独立运行。
2）数据存储、应用展示平台
数据应用、存储平台由数据应用单元和数据存储单元组成，每个单元采用超高密集型灵活高效的Intel至强6核低电压版的X86服务器平台，oracle数据库***。具有高密度计算性能以及更低的能耗和运行成本，配备高效能冗余电源。提供2个USB2.0接口，2个千兆网口，1个串行端口，1个VGA端口，1个远程管理口。采用X86架构的Windows Server 2008 R2操作***、配置Oracle数据库。
3）数据采集、格式转换模组
全冗余SCADA现场数据采集、传输、控制：为实现准确的生产调度、生产运行统计，数字化应对现场物探、钻井、录井、测井、井下作业等专业的设备提供现场数据采集、数据传输的物理平台，提供把所采集数据转化为符合集团将推广的《WITSML》（井场信息传递标准标记语言）数据格式的功能。
两块CPU模块同时运行，一块运行于主控模式，另一块运行于热备份模式。当其中任一块CPU发生故障时另一块CPU立即监视到并发出报警，自动将正常的CPU投入主控模式。CPU的无扰动切换，使***一直处于正常运行的良好工况中，确保数据采集平台稳定可靠。每个CPU 的以太通信接口有独立的IP地址和物理连接，确保数据传送的稳定可靠。
4）支持标准智能／通用传感器
基于 TCP/IP 标准的网络传感器适配器和传感器与微处理器的数字接口集成化单元，具备完善的和通用性很强的二次开发性能。网络型监控机提供了业界通用的传感器接口，可接入各种类型的传感器。
5）网络化存储和跨网络平台访问
通过内嵌 Web Server 可允许用户通过 PC 的 IE 浏览器或其他标准的浏览器访问监控***的网页来观察远端的情况，而不需要额外的软件。当参量达到警告值时，页面自动图形显示报警提示。网络管理员可以在界面上设置被测参量的变化范围、报警上下限数值、传感器数值改变率、IP 地址、监测时间间隔、在修改监测量的上下限时，修改人被同时记录。
6）I/O模块可以灵活配置、自动切换
开关量I/O模块和模拟量模块可以灵活配置实现I/O组态功能。***采用分布式、模块化结构，可方便的增加各种类型I/O（输入、输出）点，方便接入现有或者新增数据采集点，为数字化井场建设预留物理通道。所有的I/O点可根据冗余CPU的工作状态，自动切换***的I/O总线，确保***的正常运行。
7）支持多种当前主流的现场通讯接口
为方便与井场现有的控制***进行数据交换，CPU单元集成现场总线插头（FieldBusPlug）。可通过选择不同的总线适配器，适配器支持：
Profiebus-DP；ProfiNet I/O；EtherCAT；CanOpen；DeviceNet；Modbus、Modbus Tcp
8）黑匣子功能
具有数据记录与回放功能，对重要数据进行现场记录保存，实现“黑匣子”功能。支持***对时功能，***提供多种对时功能，方便对井场数据进行统一管理。
）运行环境及运行参数监控***
运行环境监控***既可以实现远程又可实现本地的环境监控及管理，并对异常情况进行告警，告警内容包括：温度显示及告警、烟雾监控告警、设备间进出监控、电源告警、水浸告警，并具有视频监控功能。提供本地声光告警。
通过人机界面、PLC，自动控制元件、检测仪表和各种传感器，构成数字方仓整个电气设备的运行、监控单元，实现设备的运行保护、运行状态检测及现场状态显示，同时把运行参数发送维护中心，实现对整套设备的远程监控与维护，确保整个***的稳定运行。
包括以下子***：
电气回路运行状态监控；
电气设备运行保护和状态监控；
运行实时参数的现场集中显示；
各路环境检测传感器数据集中显示；
运行参数的现场历史记录查询。
10）音视频、USB切换模块
多路音视频（视频会议、电脑主机画面的VGA、DVI、YPbPr；电脑音频）信号经过音视频信号切换模块输出到显示大屏。2台USB切换器实现2套无线键盘鼠标控制任意电脑主机。
实现功能：采用多进多出的功能实现任音视频信号在指定显示器上播放。实现视频信号与视频会议***的融合。支持VGA、YPbPr、DVI视频信号输入输出。单屏显示单一视频画面；同时支持16进8出音视频信号切换。2套无线键鼠分别控制任意电脑主机，同时可使用U盘等外设。
11）3G通信模块
通过内建的3G双模网关模块，支持电信CDMA2000、联通WCDMA的3G无线数据卡产品，与川庆建立VPN通信隧道。
本发明可实现钻井、录井、测井、物探、井下作业等各个专业的全覆盖，建成现场数据采集、数据传输、视频监控、设备监控、视频会议、生产调度、生产运行统计等各个***的信息共享平台，满足各专业的生产实时管理、动态数据分析、应急通信及远程指挥等业务需求。
Claims (4)
1.一种井场数字集成管控***，包括背面接口部分、内部结构部分和前面板部分，其特征在于：所述的内部结构部分包括
集成了数据采集的双冗余CPU模块：生产数据通过总线接入双冗余CPU***，完成数据的采集和协议转换，通过TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***；
环境监控模块：烟雾传感器、温度传感器、水浸传感器的信号通过环境监控传感器接口接入环境监控模块后，依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***；
方仓设备监控模块：12位电流检测模块的信号通过环境监控传感器接口接入方仓设备监控模块后，依据TCP/IP协议接入网络交换机后，再接入数据采集存储***和数据应用展示***；
9位电流检测模块：主电源接口通过9位电流检测模块接入方仓设备监控模块；
3G通讯模块：天线信号通过3G馈线接口与3G通讯模块连接后，依据TCP/IP协议接入网络交换机，再接入数据采集存储***和数据应用展示***；
双冗余电源转换和切换模块：为各个模块提供可切换的电源；
数据采集存储***：采用intel至强6核低电压版的X86服务器平台，oracle数据库***；
数据应用展示***：采用intel至强6核低电压版的X86服务器平台，oracle数据库***。
2.根据权利要求1所述的井场数字集成管控***，其特征在于：还包括重要设备运行记录模块：用于对重要设备的运行情况进行记录，与网络交换机连接。
3.根据权利要求1或2所述的井场数字集成管控***，其特征在于：所述的背面接口部分包括：
各生产数据总线的输入接口：与双冗余CPU模块相连；
RJ45接口：网络数字输入、环境监控摄像机输入和网络通讯均经RJ45接口与网络交换机连接；
传感器接口：烟雾传感器、温度传感器和水浸传感器均经传感器接口与环境监控模块相连；
12位电流检测模块输入：12位电流检测模块的信号通过传感器接口接入方仓设备监控模块；
音视频输入输出接口：音视频均通过音视频切换处理模块进行集成处理，实现各通道音视频信号的输入和输出切换；
3G信号接口：用于输入3G信号至3G通讯模块；
声光报警输出接口：用于连接声光报警器至环境监控模块；
220V电源输入输出接口：用于提供220V电源至双冗余电源转换和切换模块。
4.根据权利要求1所述的井场数字集成管控***，其特征在于：所述的前面板部分包括：用于井场数字集成管控***运行参数和状态的集中显示的液晶触摸屏，并安装有运行指示灯和报警指示灯，以及报警清除按钮和报警复位按钮，所述运行指示灯、报警指示灯、报警清除按钮和报警复位按钮均与环境监控模块连接。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |