海上油气井安全阀远程控制装置及方法

1.一种海上油气井安全阀远程控制装置的控制方法，采用海上油气井安全阀远程控制装置实现，该装置包括：陆地主控中心上位机、GPRS模块、天线、安全阀单片机控制装置、电磁继电器，陆地主控中心上位机连接第一GPRS模块，第一GRPS模块连接第一天线，第一天线通过GPRS无线网络与第二天线连接，第二天线连接第二GPRS模块，第二GPRS模块连接安全阀单片机控制装置，安全阀单片机控制装置分别连接第一电磁继电器、第二电磁继电器和第三电磁继电器，三个电磁继电器彼此并联，第一电磁继电器连接井下安全阀现场控制装置，第二电磁继电器连接井口安全阀现场控制装置，第三电磁继电器连接井套安全阀现场控制装置，其特征在于：安全阀关闭的控制过程如下：
步骤1：陆地主控中心上位机发送关闭安全阀控制命令给安全阀单片机控制装置；
步骤2：安全阀单片机控制装置对关闭安全阀控制命令进行检验，如检验成功则对安全阀控制命令解码，并执行步骤3，否则执行步骤1；
步骤3：对解码后的控制命令进行判断，如果不是需要的关井数据则返回步骤1重新读取数据；如果是需要的关井数据，则使关井数据计数器加1，计数器满足1秒内达到3则执行步骤4，否则返回步骤1再次读取数据，如果计数器在1秒内未达到3次则计数器清零；
步骤4：安全阀单片机控制装置给数据端一个低电平，执行关闭安全阀的操作；
步骤5：设置定时器使安全阀单片机控制装置给数据端的低电平维持3秒，在这3秒内安全阀单片机控制装置检测数据端的电平，如果始终为低电平则向陆地主控中心上位机发送确认消息提示安全阀已经成功关闭，否则重新检测。

海上油气井安全阀远程控制装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于安全阀远程控制领域，特别涉及一种海上油气井安全阀远程控制装置及方法。\n背景技术\n[0002] 海上油气井安全阀的控制包括对井下安全阀、井口安全阀和井套安全阀的控制，通过关闭各个安全阀实现对油气井的紧急关停。现有的安全阀控制装置一般只具有现场控制功能，通过手动操作或者根据设定的条件自动执行。手动操作即由技术人员依据现场情况对安全阀控制装置进行手动操作，这种方式的优点是操作简单，响应快速，但同时也存在缺点：海上油气井平台的生产环境十分恶劣，生产工人的人身安全时时受到威胁，当紧急情况出现需要人员立即撤离时，可能会由于无法即时关闭油气井而发生人员伤亡、环境污染及经济损失等情况。\n发明内容\n[0003] 为解决以上现有控制装置之不足，本发明的目的提出一种海上油气井安全阀远程控制装置及方法，利用该装置，达到使用简单、安全可靠的目的。\n[0004] 本发明的技术方案是这样实现的：海上油气井安全阀远程控制装置包括：主控中心上位机、GPRS模块、天线、安全阀单片机控制装置、电磁继电器，陆地主控中心上位机连接第一GPRS模块，第一GRPS模块连接第一天线，第一天线通过GPRS无线网络与第二GPRS模块连接，第二天线连接第二GPRS模块，第二GPRS模块连接安全阀单片机控制装置，安全阀单片机控制装置分别连接第一电磁继电器、第二电磁继电器和第三电磁继电器，三个电磁继电器彼此并联，第一电磁继电器连接井下安全阀现场控制装置，第二电磁继电器连接井口安全阀现场控制装置，第三电磁继电器连接井套安全阀现场控制装置。\n[0005] 本发明装置的信号传递过程如下：\n[0006] 陆地主控中心上位机以十六进制码的方式发出控制命令，控制命令通过串口传输到第一GPRS模块，由第一GPRS模块通过GPRS网络发送到位于海上油气井平台的第二GPRS模块，第二GPRS模块将接收到的十六进制控制命令传输到与之相连接的安全阀单片机控制装置，安全阀单片机控制装置由RS-232端口接收该控制命令，解析并执行命令，对继电器发出动作信号，进而实现每个安全阀的远程控制操作。\n[0007] 利用本发明海上油气井安全阀远程控制装置安全阀关闭的控制过程如下：\n[0008] 步骤1：陆地主控中心上位机发送关闭安全阀控制命令给安全阀单片机控制装置；\n[0009] 步骤2：安全阀单片机控制装置利用安全阀关闭命令数据协议进行检验，满足协议，则对安全阀控制命令解码，执行步骤3，否则执行步骤1；\n[0010] 步骤3：对解码后的命令进行判断，如果不是需要的关井命令则返回步骤1重新读取数据；如果是需要的关井命令，则使关井数据计数器加1，计算器满足1秒内达到3则执行步骤4，否则返回步骤1再次读取数据，如果计数器在1秒内未达到3次则计数器清零；\n[0011] 步骤4：安全阀单片机控制装置给数据端一个低电平，执行关闭安全阀的操作；\n[0012] 步骤5：设置定时器使单片机给数据端的低电平维持3秒，在这3秒内安全阀单片机控制装置检测数据端的电平，如果始终为低电平则向陆地主控中心上位机发送确认消息提示安全阀已经成功关闭，否则重新检测。\n[0013] 本发明的优点：本发明装置提高了海上油、气井平台生产的安全性和自动化水平。\n它功能强大，安全可靠，实现远程控制的同时兼容现场控制的功能；安装简单，只需要将继电器与现场安全阀控制装置并联连接即可；使用简便，陆地主控中心上位机发出命令即可实现远程控制操作；进行远程控制操作时无须海上油、气井平台现场工作人员的参与。\n附图说明\n[0014] 图1为本发明海上油气井安全阀远程控制装置总体结构图；\n[0015] 图2为本发明海上油气井安全阀远程控制装置陆地主控中心上位机与GPRS模块连接图；\n[0016] 图3为本发明海上油气井安全阀远程控制装置安全阀单片机控制装置端口结构图；\n[0017] 图4为本发明海上油气井安全阀远程控制装置安全阀单片机控制装置与GPRS模块连接示意图；\n[0018] 图5为本发明海上油气井安全阀远程控制装置安全阀单片机控制装置与现场安全阀控制开关连接示意图；\n[0019] 图6为本发明海上油气井安全阀远程控制装置安全阀单片机控制装置程序流程图；\n[0020] 图7为本发明海上油气井安全阀远程控制装置安全阀关闭指令流程示意图；\n[0021] 图中，1、陆地主控中心上位机2、GPRS模块3、天线4、GPRS通信网络5、安全阀单片机控制装置6、电磁继电器7、井下安全阀现场控制装置8、井口安全阀现场控制装置9、井套安全阀现场控制装置10、弹簧11、衔铁12、线圈13、触点。\n具体实施方式\n[0022] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。\n[0023] 本发明装置结构框图如图1～图5所示，图1为本发明装置总体结构框图，包括陆地主控中心上位机1、GPRS模块2、天线3、GPRS通信网络4、安全阀单片机控制装置5、电磁继电器6、井下安全阀现场控制装置7、井口安全阀现场控制装置8和井套安全阀现场控制装置9。\n[0024] 其中，陆地主控中心上位机1与第一GPRS模块连接，如图2所示，陆地主控中心上位机1为普通的PC计算机，通过串口与GPRS模块连接，计算机的TX端、RX端和接地端GND分别连接第一GPRS模块的TX端、RX端和接地端GND。\n[0025] 安全阀单片机控制装置依据油田工业生产环境自行开发，端口结构图如图3所示，包括多种通讯接口，其中，24+、24-、5V+、5V-为电源端子，PT、PR为RS-232协议端子，RS-485+、RS-485-为RS-485协议端子，CAN1、CAN2为CAN总线端子，G、G1为接地端子，D01～D04、D11～D14为I/O端口。\n[0026] 安全阀单片机控制装置通过RS-232与第二GPRS模块连接，安全阀单片机控制装置的PT端口、PR端口、G1端口分别连接第二GPRS模块的TX端口、RX端口和接地端GND，如图4所示。\n[0027] 安全阀单片机控制装置与电磁继电器连接如图5所示，安全阀单片机控制装置的输出端D01～D03依次连接第一电磁继电器、第二电磁继电器和第三继电器的输入端，安全阀单片机控制装置的24V+电源端分别连接第一电磁继电器、第二电磁继电器和第三继电器的另一个输入端，三个电磁继电器的输出端分别连接井下安全阀控制开关7、井口安全阀控制开关8、井套安全阀控制开关9。\n[0028] 当安全阀单片机控制装置接收到关闭安全阀的控制命令后，执行程序，给D01～D03每个端口一个低电平，这样电磁继电器的线圈中就会有电流通过，产生向下的吸合力，带动衔铁向下运动，于是电磁继电器中的上下触点吸合，电路接通，执行关闭操作；在下一个命令周期，D01～D03恢复高电平，线圈中电流消失，衔铁在弹簧的作用下回到原位置，触点分离，由于电磁继电器与现场安全阀控制开关并联连接，因此替代现场安全阀控制开关执行关闭动作。\n[0029] 图6为安全阀单片机控制装置控制安全阀关闭流程图，由于安全阀的关闭关系到油气井的正常生产，因此一般情况下是不会进行控制操作的，只有在紧急情况下才开启此项功能。于是为了避免误操作我们采取了必要的防范措施，只有上位机在1秒内连续3次发出关闭安全阀的命令安全阀单片机控制装置才认为操作有效。\n[0030] 安全阀单片机控制装置接收到上位机传送来的要求关闭安全阀的控制命令后，首先进行数据的校验，按照安全阀关闭命令数据协议的要求检验数据的每一位，如果出现错误则返回重新读取数据，如果没有错误则进行数据的解码，所述的安全阀关闭控制命令数据协议如图7所示，本实施例中该协议包括7个字段，分别是字头、安全阀单片机控制装置地址、命令字1、命令字2、状态1、状态2、校验和，各字段的定义如下：\n[0031] 字头：起始字段，为0x55；\n[0032] 安全阀单片机控制装置地址：可以自主设置，例如：0x81；\n[0033] 命令字1、命令字2：关闭安全阀的命令，0x01、0x01是关闭井下安全阀，0x04、0x04是关闭井套安全阀，0x02、0x02是关闭井上安全阀；\n[0034] 状态1、状态2：代表的是安全阀单片机控制装置查询对应继电器的输出状态；\n[0035] 校验和：从安全阀单片机控制装置地址到状态2的最后一个字节的异或和。\n[0036] 对解码后的数据进行判断，如果不是需要的关井控制命令则返回重新读取数据，如果是需要的关井控制命令，则使关井数据计数器加1，直到满足1秒内达到3则执行下步操作，否则返回再次读取数据。如果计数器在1秒内未达到3次则计数器清零。\n[0037] 当满足关井数据计数器在1秒内到3的条件时，安全阀单片机控制装置认为对安全阀的控制命令有效，就给相应的D0口一个低电平，执行关闭安全阀的操作。\n[0038] 设置定时器使安全阀单片机控制装置给D0口的低电平维持3秒，在这3秒内安全阀单片机控制装置检测D0口的电平，如果为低电平则向上位机发送确认消息提示安全阀已经成功关闭，否则重新检测。