一种高压管汇远程控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种高压管汇远程控制系统，涉及固井作业中的高压管汇控制技术领域。该控制系统采用控制器远程控制本地现场阀门，该控制系统包括执行电机，还包括驱动执行电机的储能单元，控制执行电机方向的转换开关，以及控制转换开关动作的远控单元。本发明专利技术提供的高压管汇远程控制系统，通过远程控制单元和本地阀门的电动执行器实现阀门的远程打开和关闭操作，提高高压管汇操作的安全性，采用不间断电源和超级电容为控制器和电机执行器提供备用电源，解决野外采油中电源不稳定的问题，超级电容作为阀门操作的能量存储介质，具有能量密度高，可以适应更宽的工作环境温度。

【技术实现步骤摘要】
一种高压管汇远程控制系统
本专利技术涉及固井作业中的高压管汇控制技术，具体是一种高压管汇远程控制系统。
技术介绍
固井作业中的清水替浆施工的施工压力偏高，最大施工压力高达60MPa，这需要通过高压管汇方能实现施工操作。高压管汇的开启、关闭及泄压动作，是由高压管汇上对应的控制阀门的动作所实现的，由于固井作业中的高压管汇内的施工压力偏高，高压管汇的开启、关闭及泄压操作是存在较大安全风险的。目前，固井作业中的高压管汇上的控制阀门的启闭操作，是由现场对控制阀门的操作而完成的。这种现场对高压管汇上的控制阀门启闭操作，会增大作业人员所承受的安全风险，容易酿成人身安全事故。在手动操作过程中旋塞状态的误判导致施工事故和施工失败的情况时有发生，事故影响范围大、后果严重，迫切需要可以远程操作的高压管汇。授权公开号CN106499862，公开一种压裂用液力远程控制高压管汇，该技术采用液力远程控制高压管汇，实现对高压管汇的远程操作和控制。授权公开号CN109113639，公开一种固井作业用高压管汇远程控制系统，该技术中采用PLC远程控制，以及通过液压储能器为高压管汇阀门提供动力的方式，实现对高压管汇的远程安全操作和控制。以上技术在一定程度上可以实现远程控制高压管汇中阀门的动作，但是恶劣的环境中，液压系统容易发生故障停止工作，例如，采用液压系统实现远控的高压管汇在新疆油田、大庆油田的冬季时期，当气温降低到零下时，该系统存在的故障率非常高，需要额外增加液压油加热系统，但是野外采油存在两个问题：一是液压管路比较长时，油温散热较快，流动性降低导致执行机构故障；二是户外条件电力系统经常容易出现短时电力中断，导致液压系统不能正常工作。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述技术问题的至少之一。为此，本专利技术提供一种高压管汇远程控制系统，包括执行电机，还包括驱动执行电机的储能单元，控制执行电机方向的转换开关，以及控制转换开关动作的远控单元。储能单元包括AC/DC整流器、双向DC/DC变换器和超级电容，AC/DC整流器输入端与电网连接，AC/DC整流器直流电压输出侧接入转换开关功率输入侧，转换开关功率输出侧与阀门执行器中的执行电机连接，双向DC/DC变换器输入侧接入AC/DC整流器直流电压输出侧，超级电容与双向DC/DC变换器输出侧连接，双向DC-DC变换器可以双象限运行，它的输入、输出电压极性不变，但输入、输出电流的方向可以改变。变换器的输出状态可在Vo-lo平面的一、二象限内变化。变换器的输入、输出端口调换仍可完成电压变换功能，功率不仅可以从输入端流向输出端，也能从输出端流向输入端。储能单元功能主要有两方面，一方面所述高压管汇远程控制系统采用电网供电运行时，储能单元先启动AC/DC整流器，将电网输入的交流电转换为低压直流电，通过转换开关为执行电机提供电能，同时，AC/DC整流器输出的低压直流电通过双向DC/DC变换器为超级电容充电，此时双向DC-DC变换器运行在第一象限；另一方面，当电网停电时，超级电容通过双向DC/DC变换器为电机执行器提供电能，储能单元中AC/DC整流器停止工作，双向DC/DC变换器启动，将超级电容中的能量转换成低压直流电为执行电机提供电能，此时双向DC-DC变换器运行在第二象限。所述转换开关信号输入侧与控制器连接，包括接触器KM1、接触器KM2、开限位的常闭辅助触点和关限位的常闭辅助触点，接触器KM1的常开触点接入储能单元和执行电机之间的直流电源线上，控制执行电机正转，接触器KM1的线圈与接触器KM2的常闭触点以及开限位常闭触点串联后接入控制器输出模块，接触器KM1线圈控制回路中接入接触器KM2的常闭触点可以防止执行电机正转操作时KM2动作，导致正负极发生短路，当执行电机正转，直到触及开限位时，开限位常闭触点打开，接触器KM1线圈失电，执行电机停止转动，阀门完全打开。接触器KM2的常开触点将储能单元输出直流电源正负交叉后接入执行电机控制执行电机反转，接触器KM2的线圈与接触器KM1的常闭触点以及关限位常闭触点串联后接入控制器输出模块，接触器KM2线圈控制回路中接入接触器KM1的常闭触点可以防止执行电机反转操作时KM1动作，导致正负极发生短路，当执行电机反转，直到触及关限位时，关限位常闭触点打开，接触器KM2线圈失电，执行电机停止转动，阀门完全关闭。进一步的，远控单元包括市电、不间断电源、触摸屏和控制器，不间断电源输入端与市电连接，输出端分别连接触摸屏和控制器，触摸屏和控制器之间通过通信电缆连接，控制器用于控制阀门执行器中转换开关的动作，不间断电源用于为触摸屏和控制器提供电能，采用市电供电时，远控单元中市电为触摸屏和控制器提供电能，同时为不间断电源进行充电，市电停电时，远控单元中不间断电源启动工作，为触摸屏和控制器提供电能。进一步的，储能单元、转换开关和执行电机安装在阀门执行器内部，阀门执行器内部还包括蜗杆、转轴、开限位、关限位和突触，蜗杆安装在执行电机轴上，蜗杆和转轴之间采用齿轮传动，转轴径向外侧设置有突触，阀门执行器处于关闭状态时，突触与关限位接触，压迫关限位动作，阀门执行器处于打开状态时，突触与开限位接触，压迫开限位动作。在一个实施例中，执行阀门打开操作时，控制器控制触器KM1的线圈吸合，执行电机得电，通过蜗杆驱动转轴正向转动，逐渐打开阀门，阀门完全打开后，突触与开限位接触，开限位的常闭触点打开，控制触器KM1的线圈失电，执行电机失电停止转动，执行阀门关闭操作时，控制器控制触器KM2的线圈吸合，接触器KM2的常开触点将储能单元输出直流电源正负反向后接入执行电机，执行电机得电，通过蜗杆驱动转轴反向转动，逐渐关闭阀门，阀门完全关闭后，突触与关限位接触，关限位的常闭触点打开，控制触器KM2的线圈失电，执行电机失电停止转动。进一步的，实施过程中，可以根据高压管汇的具体控制方案，实现不同组合阀门的远程控制，控制器实现对多个阀门执行器的远程控制。与现有技术相比，本专利技术具备以下有益技术效果：1、本专利技术提供的高压管汇远程控制系统，通过远程控制单元和本地阀门的电动执行器实现阀门的远程打开和关闭操作，提高高压管汇操作的安全性；2、远控单元和阀门执行器内部分别采用不间断电源和超级电容为控制器和电机执行器提供备用电源，解决野外采油中电源不稳定的问题；3、本专利技术提供的高压管汇远程控制系统中，阀门执行器内部采用超级电容作为阀门操作的能量存储介质，具有能量密度高和工作环境温度宽的优点，可以在-40℃~70℃范围内工作；4、本专利技术提供的高压管汇远程控制系统中，转换开关采用互锁设计避免了操作人员的误操作。综上所述，本专利技术提供的一种高压管汇远程控制系统，不仅可以适应更宽的工作环境温度，而且性能更加可靠，提高了高压管汇控制的安全性。附图说明图1为本专利技术一种高压管汇远程控制系统的功能示意图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压管汇远程控制系统，包括执行电机（32），还包括驱动执行电机（32）的储能单元（30），控制执行电机方向的转换开关（31），以及控制转换开关（31）动作的远控单元（1），/n所述储能单元（30）包括AC/DC整流器（301）、双向DC/DC变换器（302）和超级电容（303），/nAC/DC整流器（301）输入端与电网（2）连接，AC/DC整流器（301）直流电压输出侧接入转换开关（31）功率输入侧，转换开关（31）功率输出侧与阀门执行器（3）中的执行电机（32）连接，阀门执行器（3）安装在阀门（4）上，/n双向DC/DC变换器（302）输入侧接入AC/DC整流器（301）直流电压输出侧，超级电容（303）与双向DC/DC变换器（302）输出侧连接；/n所述转换开关（31）信号输入侧与控制器（14）连接，/n所述转换开关（31）包括接触器KM1（311）、接触器KM2（312）、开限位（34）的常闭辅助触点和关限位（35）的常闭辅助触点，/n接触器KM1（311）的常开触点接入储能单元（30）和执行电机（32）之间的直流电源线上，控制执行电机（32）正转，/n接触器KM2（312）的常开触点将储能单元（30）输出直流电源正负交叉后接入执行电机（32），控制执行电机（32）反转。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高压管汇远程控制系统，包括执行电机（32），还包括驱动执行电机（32）的储能单元（30），控制执行电机方向的转换开关（31），以及控制转换开关（31）动作的远控单元（1），
所述储能单元（30）包括AC/DC整流器（301）、双向DC/DC变换器（302）和超级电容（303），
AC/DC整流器（301）输入端与电网（2）连接，AC/DC整流器（301）直流电压输出侧接入转换开关（31）功率输入侧，转换开关（31）功率输出侧与阀门执行器（3）中的执行电机（32）连接，阀门执行器（3）安装在阀门（4）上，
双向DC/DC变换器（302）输入侧接入AC/DC整流器（301）直流电压输出侧，超级电容（303）与双向DC/DC变换器（302）输出侧连接；
所述转换开关（31）信号输入侧与控制器（14）连接，
所述转换开关（31）包括接触器KM1（311）、接触器KM2（312）、开限位（34）的常闭辅助触点和关限位（35）的常闭辅助触点，
接触器KM1（311）的常开触点接入储能单元（30）和执行电机（32）之间的直流电源线上，控制执行电机（32）正转，
接触器KM2（312）的常开触点将储能单元（30）输出直流电源正负交叉后接入执行电机（32），控制执行电机（32）反转。


2.根据权利要求1所述的一种高压管汇远程控制系统，其特征在于，远控单元（1）包括市电（11）、不间断电源（12）、触摸屏（13）和控制器（14），不间断电源（12）输入端与市电（11）连接，输出端分别连接触摸屏（13）和控制器（14），触摸屏（13）和控制器（14）之间通过通信电缆连接。


3.根据权利要求1所述的一种高压管汇远程控制系统，其特征在于，储能单元（30）、转换开关（31）和执行电机（32）安装在阀门执行器（3）内部，阀门执行器（3）内部还包括蜗杆（33）、转轴（41）、开限位（34）、关限位（35）和突触（36），蜗杆（33）安装在执行电机（32）轴上，蜗杆（33）和转轴（41）之间采用齿轮传动，转轴（41）径向外侧设置有突触（36），阀门执行器（3）处于关闭状态时，突触（36）与关限位（35）接触，压迫关限位（35）动作，阀门执行器（3）处于打开状态时，突触（36）与开限位（34）接触，压迫开限位（34）动作。


4.根据权利要求1所述的一种高压管汇远程控制系统，其特征在于，接触器KM1（311）的线圈与接触器KM2（312）的常闭触点以及开限位（34）常闭触...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振华，李妍慧，魏学成，
申请(专利权)人：东营鑫华莲石油机械有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37