一种水下生产监控系统和方法

技术领域

本发明是关于一种水下生产监控系统和方法，属于水下生产控制技术领域。

背景技术

监控系统是油田水下生产系统的关键部分，传统的监控系统以SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，即数据采集与监视控制系统)作为监控平台，单纯的从控制的角度将各种设备的状态参数以平面的方式展现在操作台上。然而，如果操作人员不了解工艺和设备，不易看懂监控画面，则给设备的监控管理和操作带来困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种水下生产监控系统和方法，能够解决水下生产监控系统不易操作以及对操作人员要求较高的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水下生产监控系统，包括：

数据采集装置，设置在水下生产装置上，用于实时采集水下生产装置的工作数据；

控制主机，用于接收和存储所述数据采集装置实时采集的工作数据，并对工作数据进行逻辑比对与判断，得到水下生产装置的工艺生产状态；还用于构建水下生产装置的三维模拟动画模型，并根据水下生产装置的工艺生产状态，实时修改构建的三维模拟动画模型；

显示装置，用于实时显示水下生产装置的三维模拟动画模型。

进一步地，所述数据采集装置包括多协议数据采集装置和PLC通讯装置；

所述协议数据采集装置和PLC通讯装置均设置在水下生产装置上，所述多协议数据采集装置用于实时采集水下生产装置上各压力传感器、流量传感器、温度传感器、阀门感应器和流量检测器感应的数据；

所述PLC通讯装置用于将所述多协议数据采集装置采集的数据发送至所述控制主机。

进一步地，所述控制主机内设置有通讯模块、数据转换模块、数据演算分析模块、数据存储模块、模型构建模块和报警模块；

所述通讯模块用于通过脐带缆接收所述PLC通讯装置发送的工作数据；

所述数据转换模块用于将模拟量的工作数据转换为数字量的工作数据；

所述数据演算分析模块用于按照预先设定的条件，对数字量的工作数据进行逻辑比对与判断，得到水下生产装置的工艺生产状态；

所述数据存储模块用于存储数字量的工作数据以及水下生产装置的工艺生产状态；

所述模型构建模块用于构建水下生产装置的三维模拟动画模型，并根据水下生产装置的工艺生产状态，实时修改构建的三维模拟动画模型。

进一步地，所述控制主机内设置还设置有报警模块，用于将得到的水下生产装置的工艺生产状态与预设的标准数据进行对比，若存在异常数据则通过报警装置进行报警。

进一步地，所述显示装置包括模拟显示装置和数据显示装置；

所述模拟显示装置用于实时显示水下生产装置的三维模拟动画模型；

所述数据显示装置用于实时显示所述数据转换模块转换后的工作数据。

进一步地，所述显示装置通过有线方式或无线方式本地连接或远程连接所述控制主机。

一种水下生产监控方法，包括以下内容：

1)将数据采集装置设置在水下生产装置上，实时采集水下生产装置的工作数据；

2)控制主机通过脐带缆接收和存储数据采集装置实时采集的工作数据，并对工作数据进行逻辑比对与判断，得到水下生产装置的工艺生产状态；

3)控制主机构建水下生产装置的三维模拟动画模型，并根据水下生产装置的工艺生产状态，实时修改构建的三维模拟动画模型；

4)显示装置实时显示水下生产装置的三维模拟动画模型。

进一步地，所述步骤2)的具体过程为：

2.1)通讯模块通过脐带缆接收数据采集装置实时采集的工作数据；

2.2)数据转换模块将模拟量的工作数据转换为数字量的工作数据；

2.3)数据演算分析模块按照预先设定的条件，对数字量的工作数据进行逻辑比对与判断，得到水下生产装置的工艺生产状态；

2.4)数据存储模块存储数字量的工作数据以及水下生产装置的工艺生产状态。

进一步地，该监控方法还包括步骤5)：控制主机将得到的水下生产装置的工艺生产状态与预设的标准数据进行对比，若存在异常数据则进行报警，并通过显示装置进行报警显示。

进一步地，所述步骤5)的具体过程为：

5.1)报警模块将得到的水下生产装置的工艺生产状态与预设的标准数据进行对比，判断水下生产装置的工艺生产状态是否异常；

5.2)当水下生产装置的工艺生产状态中存在异常数据时，进入步骤5.3)；当水下生产装置的工艺生产状态中不存在异常数据时，进入步骤5.4)；

5.3)通过报警装置发出报警信号进行报警；

5.4)通过模拟显示装置以表示报警的颜色状态显示与该异常数据对应的水下生产装置的部分。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过控制主机对水下生产装置上各传感器的工作数据进行逻辑比对与判断，得到水下生产装置的工艺生产状态，并建立与水下生产装置对应的三维动画模型，然后将水下生产装置的工艺生产状态以实时模拟动画的方式在三维动画模型上进行显示，可以帮助操作员清晰地了解水下生产装置中各部分的运行状态，水下生产装置的各项工作数据也能够清楚地显示在三维动画模型一侧，使得操作员对各项工作数据的运行状态获得直观了解的同时，也精确了解各项工作数据的具体数值，即使不熟悉水下生产装置或不具备很强技术背景的操作员也能非常容易的进行设备运行的监控，降低对操作员的技术要求，也就是降低生产控制成本。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图；

图2是本发明系统中控制主机的工作流程图；

图3是本发明方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种水下生产监控系统包括数据采集装置1、控制主机2和显示装置3。

数据采集装置1设置在水下生产装置上，用于实时采集水下生产装置上各传感器的工作数据，包括压力、温度、流量和阀门状态等工作数据。

控制主机2位于地面，用于通过脐带缆接收和存储数据采集装置1实时采集的工作数据，并对工作数据进行逻辑比对与判断，得到水下生产装置的工艺生产状态；还用于构建水下生产装置的三维模拟动画模型，并根据水下生产装置的工艺生产状态，实时修改构建的三维模拟动画模型。

显示装置3用于实时显示水下生产装置的三维模拟动画模型。

在一个优选的实施例中，数据采集装置1包括多协议数据采集装置和PLC通讯装置。协议数据采集装置1和PLC通讯装置均设置在水下生产装置上，多协议数据采集装置用于实时采集水下生产装置上各压力传感器、流量传感器、温度传感器、阀门感应器和流量检测器感应的数据。PLC通讯装置用于将多协议数据采集装置采集的数据发送至控制主机2。

在一个优选的实施例中，如图2所示，控制主机2内设置有通讯模块21、数据转换模块22、数据演算分析模块23、数据存储模块24、模型构建模块25和报警模块26。

通讯模块21用于通过脐带缆接收PLC通讯装置发送的工作数据。

数据转换模块22用于将模拟量的工作数据转换为数字量的工作数据。

数据演算分析模块23用于按照预先设定的条件，对数字量的工作数据进行逻辑比对与判断，得到水下生产装置的工艺生产状态，其中，工艺生产状态包括水下阀门状态和管线压力流量状态等。

数据存储模块24用于存储数字量的工作数据以及水下生产装置的工艺生产状态。

模型构建模块25用于构建水下生产装置的三维模拟动画模型，并根据水下生产装置的工艺生产状态，实时修改构建的三维模拟动画模型。

报警模块26用于将得到的水下生产装置的工艺生产状态与预设的标准数据进行对比，若存在异常数据则通过报警装置进行报警，并输出报警描述和报警时间等信息，其中，报警装置可以采用蜂鸣器和/或报警灯。

在一个优选的实施例中，显示装置3包括模拟显示装置和数据显示装置，显示装置3通过有线方式或无线方式本地连接或远程连接控制主机2。模拟显示装置用于实时显示水下生产装置的三维模拟动画模型。数据显示装置用于实时显示数据转换模块22转换后的工作数据。

在一个优选的实施例中，当存在异常数据时，水下生产装置的三维模拟动画模型中与该异常数据对应的部件显示代表报警的颜色状态。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种水下生产监控方法，包括以下步骤：

1)将数据采集装置1设置在水下生产装置上，实时采集水下生产装置的工作数据。

以水下生产装置为采油树为例，采油树设置有各项原油输送管道何各种采油泵。为监控采油树的工作状态，需要在采油树的各部分设置用于采集水下生产温度、压力的传感器以及监控各采油泵的工作压力和各管道流量的压力传感器和流量传感器等，数据采集装置1即实时采集采油树上各传感器的工作数据。

2)控制主机2通过脐带缆接收和存储数据采集装置1实时采集的工作数据，并对工作数据进行逻辑比对与判断，得到水下生产装置的工艺生产状态，具体为：

2.1)通讯模块21通过脐带缆接收数据采集装置1实时采集的工作数据。

2.2)数据转换模块22将模拟量的工作数据转换为数字量的工作数据。

2.3)数据演算分析模块23按照预先设定的条件，对数字量的工作数据进行逻辑比对与判断，确定水下生产装置的工艺生产状态，其中，工艺生产状态包括水下阀门状态和管线压力流量状态等。

2.4)数据存储模块24存储数字量的工作数据以及水下生产装置的工艺生产状态。

3)模型构建模块25构建水下生产装置的三维模拟动画模型，并根据水下生产装置的工艺生产状态，实时修改构建的三维模拟动画模型。

4)控制主机2将得到的水下生产装置的工艺生产状态与预设的标准数据进行对比，若存在异常数据则进行报警，并通过显示装置3进行报警显示，具体为：

4.1)报警模块26将得到的水下生产装置的工艺生产状态与预设的标准数据进行对比，判断水下生产装置的工艺生产状态是否异常，其中，预设的标准数据为水下生产装置的工艺生产状态中各项指标正常工作时的平均值。

4.2)当水下生产装置的工艺生产状态中存在异常数据时，进入步骤3.3)；当水下生产装置的工艺生产状态中不存在异常数据时，进入步骤3.4)，其中，当水下生产装置的工艺生产状态中的某项数据与对应预设的标准数据的差值超过预先设定的阈值，则判定该项数据运行异常。

4.3)通过报警装置发出报警信号进行报警。

4.4)通过模拟显示装置以表示报警的颜色状态显示与该异常数据对应的水下生产装置的部分。

例如：一项数据以绿色表示正常运行，以表示代表异常运行，当该数据正常运行时，模拟显示单元将与该异常数据对应的水下生产装置的部分显示为绿色，当该数据运行异常时，模拟显示单元将与该异常数据对应的水下生产装置的部分显示为红色。

5)显示装置3实时显示水下生产装置的三维模拟动画模型，具体为：

5.1)模拟显示装置实时显示水下生产装置的三维模拟动画模型。

5.2)数据显示装置实时显示数据转换模块22转换后的工作数据。

以水下生产装置为采油树为例，采油树与控制主机2通过脐带缆连接，在显示装置3上将采油树的机械模型、脐带缆、油管、采油树的阀门和生产工艺进行电气模型三维化，以三维图形显示出来，设备之间的工艺连接与现场真实的空间结构完全吻合。同时，设备的阀门状态、压力参数、历史曲线和报警信息显示在三维图形左侧，能够直观准确且一目了然得了解采油树的生产状况，例如采油树的压力(Pressures)、生产指数(ProductivityIndexes)、液压温度(Hyd Temperature)、SEM的通讯状态等以表格的形式成列在右边，左边则是该采油树的三维动画图，三维画面能提供信息量更丰富的全景监控场景，很直观地显示阀门的位置和实时状态等。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。