慢开快关天然气井口一体化控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种慢开快关天然气井口一体化控制系统，包括触摸屏、上下游压力变送器、控制器、内部设有PID控制模块的阀门定位器、通讯协议转换器、单作用气缸、快排阀、3/2通电磁阀和气源处理两联件，所述触摸屏通过以太网与控制器无线通信，所述上下游压力变送器与控制器有线通信，所述控制器通过通讯协议转换器与阀门定位器无线通信，所述阀门定位器依次通过快排阀和3/2通电磁阀与气源处理两联件连接，所述控制器与单作用气缸无线通信，所述单作用气缸与阀门定位器通过气源管路连接。本发明专利技术还公开了一种慢开快关天然气井口一体化控制方法。

【技术实现步骤摘要】
慢开快关天然气井口一体化控制系统及其控制方法
本专利技术属于天然气井口的远程开关井作业领域，具体涉及一种慢开快关天然气井口一体化控制系统及其控制方法。
技术介绍
目前，天然气井口的开闭一般是通过电液方式或电动方式来完成。这样的方式，耗电量大，荒漠地带无法满足电力供应。缺电后会导致无法远程开关井和紧急截断。因此，需要一款设计不使用电力作为井口开闭的方式，以实际的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种慢开快关天然气井口一体化控制系统及其控制方法，采用天然气套管气作为驱动气源，保证天然气井口的远程开关井作业和高低压紧急截断保护顺利进行。本专利技术所采用的技术方案是：一种慢开快关天然气井口一体化控制系统，包括触摸屏、上下游压力变送器、控制器、内部设有PID控制模块的阀门定位器、通讯协议转换器、单作用气缸、快排阀、3/2通电磁阀和气源处理两联件，所述触摸屏通过以太网与控制器无线通信，所述上下游压力变送器与控制器有线通信，所述控制器通过通讯协议转换器与阀门定位器无线通信，所述阀门定位器依次通过快排阀和3/2通电磁阀与气源处理两联件连接，所述控制器与单作用气缸无线通信，所述单作用气缸与阀门定位器通过气源管路连接。其中一个实施例中，所述控制器上设有网口、RS485接口、4G接口和GPRS接口。其中一个实施例中，所述通讯协议转换器为ModbusRTU转HART转换器。其中一个实施例中，所述单作用气缸为弹簧复位单作用气缸。其中一个实施例中，所述气源处理两联件包括依次连通的过滤器和减压阀。其中一个实施例中，所述上下游压力变送器和阀门定位器的信号均为4-20mA电流信号。本专利技术还公开了一种慢开快关天然气井口一体化控制系统及其控制方法，包括以下步骤：a、设置与调度端通信的通信格式；b、在控制器上设置压力量程参数、高压截断压力参数、高压告警压力参数和低压截断压力参数；c、设置控制器的PID比例系数、PID积分时间和PID微分时间；d、设置阀门定位器参数；e、采集阀门当前开度信号、当前气压和阀门定位器工作状态信号，并将采集到的信号传输至控制器；f、经PID算法处理及逻辑判断后，输出阀门角度调节信号，并将信号传输至阀门定位器；g、接收来自控制器的阀门角度调节信号，控制阀门实现角度调节和关闭。其中一个实施例中，还包括数据显示步骤，具体如下：接收管线当前压力信号、阀门当前开度信号和阀门定位器工作状态信号并显示。其中一个实施例中，步骤d中，控制器通过通讯协议转换器读或写阀门定位器参数。其中一个实施例中，还包括通讯协议转换步骤步骤，具体如下：将Modbus通讯协议转换为HART协议。本专利技术的有益效果在于：可以根据采气工艺需要的单井携液能力和单井管线不冻堵原则，设置阀门开度从而改变天然气流量，做到远程缓慢开井；为了突发安全保护而快速关井；还可以实现超压关断保护和欠压关断保护。附图说明图1为本专利技术结构框图；图2为本专利技术PID模式时间与增益系数趋势图。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，一种慢开快关天然气井口一体化控制系统，包括触摸屏、上下游压力变送器、控制器、内部设有PID控制模块的阀门定位器、通讯协议转换器、单作用气缸、快排阀、3/2通电磁阀和气源处理两联件，所述触摸屏通过以太网与控制器无线通信，所述上下游压力变送器与控制器有线通信，所述控制器通过通讯协议转换器与阀门定位器无线通信，所述阀门定位器依次通过快排阀和3/2通电磁阀与气源处理两联件连接，所述控制器与单作用气缸无线通信，所述单作用气缸与阀门定位器通过气源管路连接。本实施例中，所述控制器上设有网口、RS485接口、4G接口和GPRS接口。本实施例中，所述通讯协议转换器为ModbusRTU转HART转换器。本实施例中，所述单作用气缸为弹簧复位单作用气缸。本实施例中，所述气源处理两联件包括依次连通的过滤器和减压阀。本实施例中，所述上下游压力变送器和阀门定位器的信号均为4-20mA电流信号。本专利技术还公开了一种慢开快关天然气井口一体化控制系统及其控制方法，包括以下步骤：步骤一、设置与调度端通信的通信格式；步骤二、在控制器上设置压力量程参数、高压截断压力参数、高压告警压力参数和低压截断压力参数；步骤三、设置控制器的PID比例系数、PID积分时间和PID微分时间；步骤四、设置阀门定位器参数；步骤五、采集阀门当前开度信号、当前气压和阀门定位器工作状态信号，并将采集到的信号传输至控制器；步骤六、经PID算法处理及逻辑判断后，输出阀门角度调节信号，并将信号传输至阀门定位器；步骤七、接收来自控制器的阀门角度调节信号，控制阀门实现角度调节和关闭。本实施例中，还包括数据显示步骤，具体如下：接收管线当前压力信号、阀门当前开度信号和阀门定位器工作状态信号并显示。本实施例中，步骤四中，控制器通过通讯协议转换器读或写阀门定位器参数。本实施例中，还包括通讯协议转换步骤步骤，具体如下：将Modbus通讯协议转换为HART协议。本申请中，阀门定位器、快排阀、3/2通电磁阀和气源处理两联件之间通过气源管路连通。本申请通过采集到的阀前和阀后压力，控制阀门的开闭状态，不同压力下开关状态及开闭时间图如表1：表1不同压力下开关状态及开闭时间图试验参数MPa开关状态开启关闭时间阀前、阀后压力当阀后低于3.5MPA时阀门缓慢开启，当阀前、后压差小于0.3MPa时，阀门快速全开4Min阀后压力低于1.0MPA关闭1.5S阀后压力超过3.5MPA关闭1.5S在工业生产中，一般采用闭环控制方式来控制温度、压力、流量这一类连续变化的模拟量，使用得最多的是PID控制（即比例—积分—微分控制），其具有以下优点：即使没有控制系统的数学模型，也能取得比较满意的控制效果。有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用P、PI、PD和PID等方式。PID控制算法根据设定值与被控对象的实际值（反馈/过程变量）的差值，按照PID算法计算出输出量，控制执行机构去影响被控对象的变化。PID控制是负反馈闭环控制，能够抑制控制系统闭环内的各种因素引起的的扰动，使反馈跟随给定变化。天然气井口控制逻辑：1、可实现功能在阀门的开启过程中，要求实现“慢开”。在管压超过高压保护设定值时，实现阀门的快速关断。在管压低于低压保护设定值时，实现阀门的快速关断。2、需要设置的参数高压保护设定值（MPa、触摸屏或远程设置）低压保护设定值（Mpa、触摸屏或远程设置）管压设定值（Mpa、触摸屏或远程设置）比例（触摸屏设置）积分时间（分钟、触摸屏设置）微分时间（分钟、触摸屏设置）3、具体控制逻辑PID开阀：当在触摸屏点击“PID开阀”按钮或远程启动“PID开阀”时，控制装置将处于PID控制模式。在PID算法的控制下，缓慢打开阀门，并试图将管压维持在用户设定的“管压设定值”。针对管道下游天然气输送较快的情况，管压在阀门全开时仍然可能达不到“管压设定值”的情况，设置了在阀门开度达到95%以上时，退出PID控制；并将阀门开度维持在PID退出时的开度。高压保护：在管压超过“高压保护设定值”时，退出PID控制，并将阀门快速关断。低压保护：在管压低于“低压保护设定值”时，退出PID控制，并将阀门快速关断。阀门关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种慢开快关天然气井口一体化控制系统，其特征在于，包括触摸屏、上下游压力变送器、控制器、内部设有PID控制模块的阀门定位器、通讯协议转换器、单作用气缸、快排阀、3/2通电磁阀和气源处理两联件，所述触摸屏通过以太网与控制器无线通信，所述上下游压力变送器与控制器有线通信，所述控制器通过通讯协议转换器与阀门定位器无线通信，所述阀门定位器依次通过快排阀和3/2通电磁阀与气源处理两联件连接，所述控制器与单作用气缸无线通信，所述单作用气缸与阀门定位器通过气源管路连接。

【技术特征摘要】
1.一种慢开快关天然气井口一体化控制系统，其特征在于，包括触摸屏、上下游压力变送器、控制器、内部设有PID控制模块的阀门定位器、通讯协议转换器、单作用气缸、快排阀、3/2通电磁阀和气源处理两联件，所述触摸屏通过以太网与控制器无线通信，所述上下游压力变送器与控制器有线通信，所述控制器通过通讯协议转换器与阀门定位器无线通信，所述阀门定位器依次通过快排阀和3/2通电磁阀与气源处理两联件连接，所述控制器与单作用气缸无线通信，所述单作用气缸与阀门定位器通过气源管路连接。2.根据权利要求1所述的慢开快关天然气井口一体化控制系统，其特征在于，所述控制器上设有网口、RS485接口、4G接口和GPRS接口。3.根据权利要求1所述的慢开快关天然气井口一体化控制系统，其特征在于，所述通讯协议转换器为ModbusRTU转HART转换器。4.根据权利要求1所述的慢开快关天然气井口一体化控制系统，其特征在于，所述单作用气缸为弹簧复位单作用气缸。5.根据权利要求1所述的慢开快关天然气井口一体化控制系统，其特征在于，所述气源处理两联件包括依次连通的过滤器和减压阀。6.根据权利要求1所述的慢开快关天然气井口一体化控制系统，其特征在于，所述上下游...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵靖，
申请(专利权)人：成都英派尔新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51