[发明专利]压裂机组的控制系统及其控制方法

权利要求书

1.压裂机组的控制系统中使用的控制方法，该控制系统包括用来下达控制所述压裂机组操作的控制命令的中央级控制器，用来发送中央级控制器下达的各项控制命令的系统通信网络，用来响应通过系统通信网络发送的控制命令，并通过输出模块控制作业机组的执行机构执行控制命令的操作的现场控制器，所述现场控制器包括混砂车控制器和泵车控制器，所述中央级控制器与各现场控制器之间通过网络通信线连接成一个环网，其特征在于该控制系统中使用的控制方法包括如下步骤：

（1-1）进行选择性网络连接，在中央级控制器中选择需要进行压裂作业的设备，将其配备的现场控制器连接入系统通信网络，实现各现场控制器之间，以及现场控制器与中央级控制器之间的通信连接；

（1-2）在中央级控制器中输入控制压裂机组作业所需的数据；

（1-3）中央级控制器通过访问现场控制器的网络地址对现场控制器进行访问，并下达控制命令；

（1-4）现场控制器根据接收的命令通过输出模块控制作业机组的执行机构执行控制命令的操作。

2.根据权利要求1所述的压裂机组的控制系统中使用的控制方法，其特征是：所述控制系统中的中央级控制器和各现场控制器均各自连接有一HMI操作屏。

3.根据权利要求1所述的压裂机组的控制系统中使用的控制方法，其特征是：所述控制系统中的中央级控制器包括位于仪表控制室内的中央级控制器和位于遥控箱内的中央级控制器中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的压裂机组的控制系统中使用的控制方法，其特征是：所述控制系统中的中央级控制器和各现场控制器中均还包含有用以采集作业数据，生成数据报表和图形报表的数据管理模块。

5.根据权利要求1所述的压裂机组的控制系统中使用的控制方法，其特征是：该压裂机组的控制方法包括混砂车的控制方法和泵车组的控制方法。

6.根据权利要求5所述的压裂机组的控制系统中使用的控制方法，其特征是所述混砂车的控制方法步骤如下：

（6-1）将混砂车控制器通过系统通信网络与中央级控制器相连；

（6-2）在中央级控制器中输入混砂车多个阶段的作业数据，从阶段1开始逐阶段输入，最多预存20个阶段的作业数据，这些数据包括：作业阶段号、吸入阶段体积、支撑剂起始浓度、支撑剂结尾浓度、液添起始浓度、液添结尾浓度、干添起始浓度、干添结尾浓度、两绞龙之速比及液位高度，其中吸入阶段体积用来判别本阶段是否已经完成，当实际阶段体积达到本阶段的设定体积且下一个阶段的吸入阶段体积设置为0时，阶段停止，当实际阶段体积达到本阶段的设定体积且下一个阶段的吸入阶段体积不为0时，自动进入下一个阶段；

（6-3）设备上电，混砂作业开始，中央级控制器通过访问混砂车控制器的网络地址对混砂车控制器进行访问并下达控制命令，混砂车控制器通过输出模块控制混砂车执行机构：

（6-3A）根据步骤（6-2）中设定的液位高度采用传统PID算法来控制吸入泵转速从而调节吸入流量；

（6-3B）比较排出泵实际排出压力和设定排出压力上限及设定排出压力下限，如果实际排出压力高于设定排出压力上限，减小排出泵的输出电压以减小排量，如果实际排出压力低于设定排出压力下限，增加排出泵的输出电压以增加排量；

（6-3C）根据实际清水流量、清水总量、支撑剂起始浓度、支撑剂结尾浓度、两绞龙之速比及采集的绞龙实际转速，采用单神经元自适应PID控制算法来控制绞龙的转速从而调节支撑剂的浓度；

（6-3D）根据实际清水流量、清水总量、添加剂起始浓度、支撑剂浓度及采集的添加剂实际添加速率，采用单神经元自适应PID控制算法来控制添加剂的添加速率从而调节添加剂浓度；

（6-4）检测混砂作业是否已经完成，即检测当前阶段的设定吸入阶段体积是否为0，如果为0，停止各泵，作业完成。

7.根据权利要求5所述的压裂机组的控制系统中使用的控制方法，其特征是所述泵车组的控制方法步骤如下：

（7-1）在中央级控制器中选择需要进行作业的泵车，将所选泵车的泵车控制器连接入系统通信网络，实现各泵车控制器之间，以及泵车控制器与中央级控制器之间的通信连接；

（7-2）在中央级控制器中设置好作业压力极限值以及泵车每档的档位压力极限值；

（7-3）设备上电，启动选中作业的泵车发动机，选择每台泵车的控制模式：

（7-3A）单泵单独控制；

（7-3B）分组控制，选择需要控制的组，保持该组内所有泵车的油门以及档位一致；

（7-3C）定排量控制，设置设定排量，根据设定排量，设置为定排量控制的泵车自动计算每台泵车需要控制的排量而自动调节传动箱档位和发动机油门，维持机组内所有泵车的瞬时排量之和为设定排量；

（7-3D）定压力控制，设置设定作业压力，随后根据设定作业压力，设置为定压力控制的泵车自动控制传动箱档位和发动机油门，让设置为定压力控制的泵车其实际压力达到设定作业压力；

（7-4）中央级控制器通过访问泵车控制器的网络地址对泵车控制器进行访问，检测任意一台泵车是否超过档位压力极限值，若超过该值对应泵车档位将会下降到安全档位；检测任意一台泵车是否超过作业压力极限值，若超过作业压力极限值对应泵车将会自动回空档，怠速并处于刹车状态；

（7-5）作业完成后，按键熄火停泵。