一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统及其控制方法。
背景技术
现有的石油钻修井设备是单独控制，需要工作人员现场开启或查看设备的工作状态和工作情况，如果出现异常情况，需要人工去调节和更改设备参数，操作不方便，不能远程监控和远程控制是目前石油钻修井设备存在的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统及其控制方法，能采集石油钻修井设备的工作状态，在多个设备联合作业时，主控制系统根据多个设备之间的逻辑控制主从关系控制执行机构工作，增强了设备联合作业的安全性能。
第一方面，本发明实施例提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统，包括：数据采集系统、从控制系统、主控制系统、执行机构、云端服务器和智能终端，所述数据采集系统和从控制系统均为多个，
所述数据采集系统用于采集石油钻修井机及附属设备的工作运行情况，并将采集的数据发送给从控制系统；
所述从控制系统接收数据采集系统发送的数据，并将接收的数据发送给主控制系统；
所述主控制系统接收多个从控制系统发送的数据，对各个从控制系统发送的数据进行综合处理和分析，根据各个石油钻修井机及附属设备的工况生成调整和改变各个设备的运行情况的控制指令；主控制系统将控制指令发送给从控制系统，所述主控制系统将接收的数据和控制信息发送到云端服务器；
所述从控制系统接收主控制系统发送的控制指令，并将控制指令发送给执行机构；
所述执行机构接收并执行从控制系统的控制指令；
所述智能终端向云端服务器发送用户指令；
所述云端服务器接收并保存主控制系统发送的信息，接收智能终端发送的用户指令，将用户指令发送给主控制系统；
主控制系统接收用户指令，并将用户指令发送给从控制系统；
所述从控制系统接收用户指令，并将用户指令发送给执行机构；
所述执行机构接收并执行用户指令。
进一步地，数据采集系统包括监控设备，所述监控设备用于采集石油钻修井机及附属设备的工作视频数据，将采集的视频数据发送给从控制系统，所述从控制系统将视频数据发送给主控制系统。
进一步地，所述数据采集系统包括石油钻修井机数据采集模块，所述石油钻修井机数据采集模块采集游车速度数据、游车高度数据、提升负荷数据、转盘扭矩、转盘转速和吊钳扭矩数据。
进一步地，所述主控制系统包括游车高度控制模块，所述游车高度控制模块用于根据游车高度数据和游车速度数据生成游车控制指令控制游车高度和速度。
进一步地，所述主控制系统包括提升负荷控制模块，所述提升负荷控制模块用于根据石油钻修井机数据采集模块采集提升负荷数据、井深、施工方案和预设的最大施工提升负荷生成提升负荷控制指令控制提升负荷。
进一步地，所述主控制系统包括多级联动控制模块，所述多级联动控制模块用于根据多个从控制系统发送的数据和设备的联动关系生成联动控制指令控制各个设备的工作顺序。
进一步地，所述数据采集系统包括固控系统数据采集模块，所述固控系统数据采集模块用于采集液面高度、泥浆或压井液密度、井漏和井涌数据。
进一步地，所述数据采集系统包括泥浆泵数据采集模块，所述泥浆泵数据采集模块用于采集泵排量数据和泵压力数据。
进一步地，所述数据采集系统包括防喷器组数据采集模块，所述防喷器组数据采集模块用于采集各个闸板开关状态、环形防喷器开关状态、系统的压力和气源压力。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统的控制方法，该方法适用于上述系统，方法包括：
数据采集系统采集石油钻修井机及附属设备的工作运行情况，并将采集的数据发送给从控制系统；
从控制系统接收数据采集系统发送的数据，并将接收的数据发送给主控制系统；
主控制系统接收多个从控制系统发送的数据，对各个从控制系统发送的数据进行综合处理和分析，根据各个石油钻修井机及附属设备的工况生成调整和改变各个设备的运行情况的控制指令；主控制系统将控制指令发送给从控制系统，主控制系统将接收的数据和控制信息发送到云端服务器；
从控制系统接收主控制系统发送的控制指令，并将控制指令发送给执行机构；
执行机构接收并执行从控制系统的控制指令；
智能终端向云端服务器发送用户指令；
云端服务器接收并保存主控制系统发送的信息，接收智能终端发送的用户指令，将用户指令发送给主控制系统；
主控制系统接收用户指令，并将用户指令发送给从控制系统；
从控制系统接收用户指令，并将用户指令发送给执行机构；
执行机构接收并执行用户指令。
本发明的有益效果：
本发明实施例提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统及其控制方法，在多个设备联合作业时，通过数据采集系统采集石油钻修井机及附属设备的工况数据，主控制系统能根据各个设备的主从逻辑关系进行统一控制，实现了石油钻修机现场设备的联合动作，达到智能控制的目的，保障各系统综合作业的逻辑性和安全性，同时，用户也可以通过智能终端远程控制现场设备，最大限度保障各设备的安全运行和施工质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1示出了本发明第一实施例所提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统的结构框图；
图2示出了本发明另一实施例所提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统的控制方法的流程图。
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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
图1示出了本发明第一实施例所提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统的结构框图，该系统包括：数据采集系统、从控制系统、主控制系统、执行机构、云端服务器和智能终端，数据采集系统和从控制系统均为多个，所述数据采集系统用于采集石油钻修井机及附属设备的工作运行情况，并将采集的数据发送给从控制系统；从控制系统接收数据采集系统发送的数据，并将接收的数据发送给主控制系统；主控制系统接收多个从控制系统发送的数据，对各个从控制系统发送的数据进行综合处理和分析，根据各个石油钻修井机及附属设备的工况生成调整和改变各个设备的运行情况的控制指令，主控制系统将控制指令发送给从控制系统，主控制系统将接收的数据和控制信息发送到云端服务器；所述从控制系统接收主控制系统发送的控制指令，并将控制指令发送给执行机构；所述执行机构接收并执行从控制系统的控制指令；智能终端向云端服务器发送用户指令；所述云端服务器用于接收并保存主控制系统发送的信息，还用于接收智能终端发送的用户指令，并将用户指令发送给主控制系统；主控制系统接收用户指令，并将用户指令发送给从控制系统；所述从控制系统接收用户指令，并将用户指令发送给执行机构；所述执行机构接收并执行用户指令。
在本实施例中，在多个设备联动作业时，主控制系统和多个从控制系统组网，数据采集系统采集石油钻修井机及固控系统、泥浆泵、防喷器组的工作运行情况，并将采集的数据发送给从控制系统，从控制系统将数据采集系统采集的数据发送给主控制系统，主控制系统根据多个从控制系统发送的数据及内部的设备控制逻辑关系，得到控制指令，将控制指令发送给执行机构，执行机构执行控制指令，实现了主控制系统根据设备间的逻辑关系智能化控制，极大增强了设备联合作业的安全性。并且，用户通过使用智能终端(智能手机、平板电脑、电脑等智能设备)向云端服务器发送用户指令，云端服务器接收用户指令，将用户指令发送给主控制系统，主控制系统将用户指令发送给从控制系统，从控制系统将用户指令发送给执行机构，执行机构执行用户指令，实现了用户远程控制执行机构以控制相关设备的工作。主控制系统和从控制系统未组网时，数据采集系统将采集的数据发送给从控制系统，从控制系统对采集的数据进行分析处理，发出单独的控制指令控制执行机构。在未组网时，由相应的从控制系统根据数据采集系统采集的数据进行分析单独控制对应的执行机构，起到基本的保护作用。
在本实施例中，数据采集系统包括石油钻修井机数据采集模块，所述石油钻修井机数据采集模块采集游车速度数据、游车高度数据、提升负荷数据、转盘扭矩、转盘转速和吊钳扭矩数据。从控制系统包括石油钻修井机从控制系统。执行机构包括多个电磁阀开关，电磁阀开关与石油钻修井机的发动机油门、刹车和离合器连接。石油钻修井机数据采集模块采集游车速度数据、游车高度数据、提升负荷数据、转盘扭矩、转盘转速和吊钳扭矩数据，将采集到的这些数据发送给石油钻修井机从控制系统。在未组网时，石油钻修井机从控制系统对接收的数据进行分析处理，判断游车速度、游车高度是否超过系统设置的阈值，若超过阈值，则石油钻修井机从控制系统控制电磁阀开关动作，电磁阀开关控制发动机油门、刹车和离合器动作，达到减少、切断动力输出的作用，实现游车超速和超限系统自动刹车，保护设备和施工安全。在组网时，石油钻修井机从控制系统将接收的数据转发给主控制系统，主控制系统对数据进行处理，判断游车速度、游车高度是否超过系统设置的阈值，若超过阈值，则向石油钻修井机从控制系统发送控制指令，石油钻修井机从控制系统将控制指令转发给执行机构，控制电磁阀开关动作，电磁阀开关控制发动机油门和离合器，达到减少、切断动力输出的作用，实现游车超速和超限系统自动刹车，保护设备和施工安全。具体地，主控制系统包括游车高度控制模块，所述游车高度控制模块用于根据游车高度数据和游车速度数据生成游车控制指令控制游车高度和速度。石油钻修井机数据采集模块采集游车高度数据和游车速度数据发送给从控制系统，石油钻修井机的从控制系统将采集的游车高度数据和游车速度数据发送给主控制系统，主控制系统的游车高度控制模块根据采集的游车高度数据和游车速度数据与预设的游车高度和游车速度阈值进行对比，若超过阈值，则生成游车控制指令发送给石油钻修井机的从控制系统，石油钻修井机的从控制系统将游车控制指令发送给执行机构，执行机构控制发动机油门、刹车和离合器动作，达到减少、切断动力输出的作用。
石油钻修井机数据采集模块采集提升负荷数据，将采集的提升负荷数据发送给石油钻修井机从控制系统，石油钻修井机从控制系统根据不同井深和施工方案，预设最大施工提升负荷。在未组网时，石油钻修井机从控制系统将采集的提升负荷值与设备固化最大提升负荷值和预设最大施工提升负荷进行比较，在采集的提升负荷值超过任一数值时，石油钻修井机从控制系统控制电磁阀开关动作，电磁阀开关控制发动机油门、刹车和离合器动作，达到减少、切断动力输出的作用，自动控制设备停止作业。石油钻修井机从控制系统根据钻具的变化，自动调整提升负荷，起下钻过程中负荷发生变化，石油钻修井机从控制系统控制电磁阀开关动作控制设备停止作业，防止起钻负荷过提和下钻过放的施工误操作事件，石油钻修井机从控制系统实现单独控制相应的执行机构。在组网时，主控制系统包括提升负荷控制模块，所述提升负荷控制模块用于根据石油钻修井机数据采集模块采集提升负荷数据、井深、施工方案和预设的最大施工提升负荷生成提升负荷控制指令控制提升负荷，提升负荷控制模块将提升负荷控制指令发送给石油钻修井机从控制系统，石油钻修井机从控制系统将提升负荷控制指令转发给执行机构，电磁阀开关控制发动机油门、刹车和离合器动作，达到减少、切断动力输出的作用，自动控制设备停止作业。
石油钻修井机数据采集模块包括扭矩转速传感器，扭矩转速传感器采集转盘的扭矩和转速，采集吊钳的扭矩，在未组网时，石油钻修井机数据采集模块将采集的扭矩和转速发送给石油钻修井机从控制系统，石油钻修井机从控制系统根据实际的工况，自动控制扭矩值和转速值，保障设备安全运行和施工质量。在组网时，石油钻修井机数据采集模块将采集的扭矩和转速发送给石油钻修井机从控制系统，石油钻修井机从控制系统将采集的扭矩和转速发送给主控制系统，主控制系统根据实际工况，作出调整扭矩值和转速值的指令，并将该指令发送给石油钻修井机从控制系统，石油钻修井机从控制系统自动控制扭矩值和转速值，保障设备安全运行和施工质量。
数据采集系统包括固控系统数据采集模块，所述固控系统数据采集模块用于采集液面高度、泥浆或压井液密度、井漏和井涌数据。从控制系统包括固控系统的从控制系统，执行机构包括电磁阀。在未组网时，固控系统数据采集模块将采集的液面高度、泥浆或压井液密度、井漏和井涌数据发送给固控系统的从控制系统，固控系统的从控制系统根据预设的液面高度、泥浆或压井液密度、井漏、井涌以及起钻自动灌液阈值控制电磁阀动作，电磁阀控制各个开关，超过阈值时电磁阀开启报警装置，报警装置发出报警信号。在组网时，固控系统数据采集模块将采集的液面高度、泥浆或压井液密度、井漏和井涌数据发送给固控系统的从控制系统，固控系统的从控制系统将接收到的数据发送给主控制系统，主控制系统根据预设的液面高度、泥浆或压井液密度、井漏、井涌以及起钻自动灌液阈值作出控制指令，将控制指令发送给固控系统的从控制系统，固控系统的从控制系统控制电磁阀动作，电磁阀控制各个开关，超过阈值时电磁阀开启报警装置，报警装置发出报警信号。
数据采集系统包括泥浆泵数据采集模块，所述泥浆泵数据采集模块用于采集泵排量数据和泵压力数据。从控制系统包括泥浆泵从控制系统。在未组网时，泥浆泵数据采集模块采集泵排量和泵压力，将采集的数据发送给泥浆泵从控制系统，泥浆泵从控制系统将采集的泵排量和泵压力与预设的泵排量和泵压力进行比较，向电磁阀发送泥浆泵控制指令，控制泵排量和泵压力，保障设备的安全和施工质量。在组网时，泥浆泵数据采集模块采集泵排量和泵压力，将采集的数据发送给泥浆泵从控制系统，泥浆泵从控制系统将接收的数据发送给主控制系统，主控制系统根据接收的泵排量和泵压力与预设的泵排量和泵压力进行比较得到泥浆泵控制指令，将泥浆泵控制指令发送给泥浆泵从控制系统，泥浆泵从控制系统向电磁阀发送控制指令，控制泵排量和泵压力，保障设备的安全和施工质量。
数据采集系统包括防喷器组数据采集模块，所述防喷器组数据采集模块用于采集各个闸板开关状态、环形防喷器开关状态、系统的压力和气源压力。从控制系统还包括防喷器组从控制系统。在未组网时，防喷器组数据采集模块将采集的各个闸板开关状态、环形防喷器开关状态、系统的压力和气源压力发送给防喷器组从控制系统，防喷器组从控制系统对接收到防喷器组数据采集模块发送的数据进行分析处理，发出控制指令，防喷器组从控制系统控制电磁阀动作，电磁阀改变闸板开关状态、环形防喷器开关状态、调整系统的压力和气源压力。在组网时，防喷器组数据采集模块将采集的各个闸板开关状态、环形防喷器开关状态、系统的压力和气源压力发送给防喷器组从控制系统，防喷器组从控制系统将接收的数据转发给主控制系统，主控制系统根据接收的数据进行分析处理得到防喷器组控制指令，将防喷器组控制指令发送给防喷器组从控制系统，防喷器组从控制系统控制电磁阀动作，电磁阀改变闸板开关状态、环形防喷器开关状态、调整系统的压力和气源压力。
在本实施例中，在组网时，基于物联网的石油钻修井设备控制系统的数据采集系统还包括监控设备，所述监控设备用于采集石油钻修井机及附属设备的工作视频数据，将采集的视频数据发送给从控制系统，所述从控制系统将视频数据发送给主控制系统。主控制系统还可以将视频数据发送到云端服务器，云端服务器保存视频数据，用户可以通过电脑、手机等智能终端从云端服务器接收视频数据。根据设定的权限可远程设定具体的控制参数，用户可以按权限远程查看视频数据和控制相应的设备，便于对施工的监控和管理。
在本实施例中，在多个设备联动作业时，从控制系统就无需作出控制指令控制执行机构，由主控制系统根据各设备综合作业逻辑和安全性进行统一控制。主控制系统根据多个从控制系统发送的数据与预设的工作工况模式进行对比，结合内部联动控制逻辑控制执行机构，起到保护设备的目的。
主控制系统包括多级联动控制模块，所述多级联动控制模块用于根据多个从控制系统发送的数据和设备的联动关系生成联动控制指令控制各个设备的工作顺序。例如：转盘和滚筒的互相保护，转盘运行时主滚筒无法操作，主滚筒作业时转盘无法操作；防喷器组和石油钻修机的联动，当防喷器组关闭时，提升系统无法操作等。多级联动控制模块接收防喷器组从控制系统发送的数据和石油钻修机的从控制系统发送的数据，在防喷器组关闭时，多级联动控制模块向石油钻修机的从控制系统发送提升系统禁止工作的指令，石油钻修机从控制系统向电磁阀发送指令，电磁阀控制发动机切断动力，停止工作。根据现场需要，主控制系统自带安全逻辑模式供用户选择，避免预设错误产生错误逻辑带来的系统安全逻辑错误，最大限度保障各设备的安全运行和施工质量。
在多个设备联合作业时，该系统通过主控制系统根据多个设备之间的逻辑控制主从关系控制执行机构工作，增强了设备联合作业的安全性能。
在本实施例中，基于物联网的石油钻修井设备控制系统还包括电子负荷显示系统，所述电子负荷显示系统用于显示提升系统负荷。采用负荷压电传感器采集负荷数据，采用机械和电子双显示，增加了负荷显示的可靠性和精度。
在实际生产过程中，可以根据实际情况调整从控制系统的数量，在组网的情况下，任意的从控制系统可以与主控制系统进行整合，数据采集系统也可以根据实际的情况直接将采集的数据发送给主控制系统，组合方式灵活多样，更符合多种不同的实际生产需求。
本实施例提供的基于物联网的石油钻修井设备控制系统，在多设备联动作业时，通过数据采集系统采集石油钻修井机及附属设备的工况数据，主控制系统能根据各个设备的主从逻辑关系进行统一控制，实现了石油钻修机现场设备的联合动作，达到智能控制的目的，保障各系统综合作业的逻辑性和安全性，同时，用户也可以通过智能终端远程控制现场设备，最大限度保障各设备的安全运行和施工质量。
在上述的第一实施例中，提供了一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统，与之相对应的，本申请还提供一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统的控制方法。请参考图2，其为本发明第二实施例提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统的控制方法的流程图。由于方法实施例基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。下述描述的方法实施例仅仅是示意性的。
如图2所示，示出了本发明另一实施例提供的基于物联网的石油钻修井设备控制系统的控制方法，该方法适用于上述实施例描述的系统，该方法包括以下步骤：
S1：数据采集系统采集石油钻修井机及附属设备的工作运行情况，并将采集的数据发送给从控制系统。
S2:从控制系统接收数据采集系统发送的数据，并将接收的数据发送给主控制系统。
S3:主控制系统接收多个从控制系统发送的数据，对各个从控制系统发送的数据进行综合处理和分析，根据各个石油钻修井机及附属设备的工况生成调整和改变各个设备的运行情况的控制指令；主控制系统将控制指令发送给从控制系统，主控制系统将接收的数据和控制信息发送到云端服务器。
S4:从控制系统接收主控制系统发送的控制指令，并将控制指令发送给执行机构。
S5:执行机构接收并执行从控制系统的控制指令。
S6:智能终端向云端服务器发送用户指令。
S7:云端服务器接收并保存主控制系统发送的信息，接收智能终端发送的用户指令，将用户指令发送给主控制系统。
S8:主控制系统接收用户指令，并将用户指令发送给从控制系统。
S9:从控制系统接收用户指令，并将用户指令发送给执行机构。
S10:执行机构接收并执行用户指令。
在多个设备联动作业时，主控制系统和多个从控制系统组网，数据采集系统采集石油钻修井机及固控系统、泥浆泵、防喷器组的工作运行情况，并将采集的数据发送给从控制系统，从控制系统将数据采集系统采集的数据发送给主控制系统，主控制系统根据多个从控制系统发送的数据及内部的设备控制逻辑关系，得到控制指令，将控制指令发送给执行机构，执行机构执行控制指令，实现了主控制系统根据设备间的逻辑关系智能化控制，极大增强了设备联合作业的安全性。并且，用户通过使用智能终端(智能手机、平板电脑、电脑等智能设备)向云端服务器发送用户指令，云端服务器接收用户指令，将用户指令发送给主控制系统，主控制系统将用户指令发送给从控制系统，从控制系统将用户指令发送给执行机构，执行机构执行用户指令，实现了用户远程控制执行机构以控制相关设备的工作。主控制系统和从控制系统未组网时，数据采集系统将采集的数据发送给从控制系统，从控制系统对采集的数据进行分析处理，发出单独的控制指令控制执行机构。在未组网时，由相应的从控制系统根据数据采集系统采集的数据进行分析单独控制对应的执行机构，起到基本的保护作用。
以上，为本发明另一实施例提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统的控制方法的实施例说明。
本发明实施例提供的一种基于物联网的石油钻修井设备控制系统的控制方法与上述基于物联网的石油钻修井设备控制系统出于相同的发明构思，具有相同的有益效果，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
