[发明专利]海洋石油钻机集成网络冗余监控系统

说明书

技术领域

本发明属于海上油气田勘探与开发领域，涉及一种海洋石油钻机集成网络冗余监控系统。

背景技术

随着海洋油气勘探开发技术与海洋钻井装备日益发展，集中在司钻房内控制的钻井装备不断增多。目前海洋钻机的动力系统、顶驱、泥浆系统、钻柱自动处理系统、隔水管处理系统、升沉补偿系统等都自成系统，在司钻房内有各自独立监控平台，致使监控系统结构庞大、控制方式复杂、操控维修不便、扩展困难等问题。

海洋钻井与陆地钻井相比，海洋钻井平台空间有限、钻井工艺流程复杂、环境恶劣，并且存在潜在的可燃性和爆炸性。海洋钻井装备的控制要求更高、规模更大、逻辑更复杂，其故障或维护工作引起的停机代价是陆地钻机的数十倍，因此，海洋钻机需要更安全、可靠、高效、稳定的集成化控制系统。

申请号为201110177046.7公开了一种是有钻机的自动控制系统及其控制方法。该控制系统司钻房内包括一个司钻控制台、一台PC、两台HMI，综合柜内PLC控制器和司钻房内远程控制单元均配备有一套冗余系统，不能满足海洋钻机高安全性、高可靠性、高效率、高稳定性的需求。

申请号为201310064246.0公开了一种钻机集成监控系统。该系统包括三层网络，多个办公室钻井监控客户端、副司钻客户端、主司钻客户端和闭路视频控制器通过各自的交换机接入工业闭路电视监控视频网络；副司钻客户端、主司钻客户端、多个办公室钻井监控客户端，和历史数据库服务器、在线技术支持客户端、两个现场数据服务器共计九台计算机分别通过各自的工业交换机接入上层数据监控通讯网络；历史数据库服务器、在线技术支持客户端、两个现场数据服务器，和主司钻操控台和副司钻操控台分别通过各自的工业交换机接入现场数据通讯网络。

申请号为201310254239.7公开了一种基于PLC的钻机集成环形网络通讯控制系统。该系统包括主副两个操作台，主操作台负责监测和控制主要钻井设备，副操作台负责监测和控制辅助钻井设备，主辅设备协同作业，各PLC站点间通过带宽为100M bit/s的环形ETHERNET工业以太网通讯。

申请号为201310253705.X公开了一种基于IPC与PLC的钻机集成双环网络耦合控制系统。该系统包括三层结构：现场层、中间控制层和管理层，其中，管理层包括主副两个操作台，主操作台负责监测和控制主要钻井设备，副操作台负责监测和控制辅助钻井设备，主辅设备协同作业。该系统网络采用带宽为100M bit/s的双环冗余ETHERNET工业以太网作为主通讯网络。

申请号为201310064246.0、201310254239.7和201310253705.X的3项专利申请均采用主副操作台协同作业，提高了工作效率，采用环网提高了控制系统的稳定性和可靠性，但是仍然存在以下问题：

(1)3项申请都包含两台数据服务器，采用双机热备冗余组态，互为备用，一旦一台出现故障，存在切换时的单点故障隐患，在切换时会出现部分数据丢失现象，很难实现实时可靠切换，切换过程也存在一定的故障风险。

(2)3项申请的环网上每个节点均使用不同的多端口光纤以太网交换机，均为不同的多端口光纤以太网交换机是不合适的，也没有具体说明多端口光纤以太网交换机的连接方法。

(3)3项申请虽然一定程度的提高了系统的稳定性和可靠性,但由于采用环网环路封闭，为扩展带来不便。

(4)3项申请只对工业以太网进行了冗余设计，都没有对重要的现场总线进行冗余设计，也没有对电源、交换机、重要I/O进行冗余设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋石油钻机集成网络冗余监控系统，解决现有技术中的各种钻机设备控制相对独立、控制复杂、可靠性和稳定性不高、效率低、操控维护不便、扩展困难的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种海洋石油钻机集成网络冗余监控系统，包括“3网4层”网络结构，司钻房集中控制室内包括1个主操控台和2个副操控台，主操控台、第一副操控台、第二副操控台均与容错服务器连接，主操控台、第一副操控台、第二副操控台分别与主操控台PLC、第一副操控台PLC、第二副操控台PLC连接。

容错数据服务器、容错服务器均与二号实时以太网交换机、二号冗余实时以太网交换机连接，工程师站IPC、队长室IPC、经理室IPC均与以太网交换机、冗余以太网交换机、一号实时以太网交换机、一号冗余实时以太网交换机连接；容错数据库服务器、中央控制室IPC均与以太网交换机、冗余以太网交换机连接；云服务器与核心以太网交换机连接。