[发明专利]一种基于硬件芯片实现的油田加热炉管控电路和方法

说明书

本发明公开了一种基于硬件芯片实现的油田加热炉管控电路和方法。油田加热炉管控电路包括：数据存储模块，用于保存采样的温度数据；温度判断模块，用于将温度数据与温度区间进行比较，生成编码并进行分类后输出，不同的类别对应不同的调节模式，当生成的编码对应于缓冲调节模式时输出使能信号；状态比较电路，用于接收到有效的使能信号时，对温度数据完成一次数据锁存，计算锁存的一组温度数据的变化趋势，输出对应的变化趋势信号；决策电路，用于根据温度判断模块输出的不同类别的编码，结合状态比较电路输出的变化趋势信号，输出对应的控制指令。本发明将加热炉管控算法直接在硬件芯片中通过逻辑门电路来实现，提高了稳定性，提高了整体效率。

技术领域

本发明涉及油田加热炉集控装置技术领域，具体涉及一种基于硬件芯片实现的油田加热炉管控电路和方法。

背景技术

油田加热炉是油气集输系统中处理、输送等环节应用最多的一种油田专用设备，其作用是将原油、天然气、油气混合物等加热至工艺所需要的温度，满足油气集输工艺及加工工艺的要求，是一种非常重要的油田生产设施。随着油气田勘探开发面积的增大、开发难度的增加，油田加热炉的数量越来越多。由于国内油田场站所用的加热炉类型多样、参数不统一，导致多台加热炉同时工作时的热效率不均衡。另一方面，不同加热炉在生产运行时的介质流量也不同，因此对于燃气的利用能力也存在较大差异。

为了解决这个问题，早期国内油田企业一般都是采用数据监控、人工调整的方式，但是由于无法精准控制所以效率不高。随着技术的发展，很多油田企业会采用一些先进的算法来自动实现加热炉的管控。实现形式一般为：首先由下位机控制系统采集加热炉的运行数据，然后通过通信网络上传至上位机软件，上位机软件利用这些数据运行算法计算得到需要控制的结果，再将控制命令回传给下位机控制系统，下位机控制系统根据控制命令对加热炉的运行状况进行调整。

这种形式存在两个弊端：第一，当上位机软件出现运行Bug、崩溃，或者通信网络出现断开、延时、阻塞等现象时，加热炉将脱离正常的控制，容易出现运行事故；第二，这种方式需要在下位机控制系统和上位机软件之间多次传递数据，导致整体效率不高。

发明内容

本发明的主要目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种基于硬件芯片实现的油田加热炉管控电路和方法，用于提高稳定性，提高效率。

为实现上述发明目的，本发明第一方面提供一种基于硬件芯片实现的油田加热炉管控电路，包括：数据存储模块、温度判断模块、状态比较电路和决策电路；所述数据存储模块，用于接收和保存采样得到的温度数据，并将温度数据输出给所述温度判断模块和所述状态比较电路；所述温度判断模块，用于将接收到的温度数据与预设的温度区间进行比较，生成对应的编码，并对生成的编码进行分类后输出，不同的类别对应不同的调节模式，以及，当生成的编码对应于缓冲调节模式时，输出使能信号给所述状态比较电路；所述状态比较电路，用于当接收到有效的使能信号时，对接收到的温度数据完成一次数据锁存，计算锁存的一组温度数据的变化趋势，输出对应的变化趋势信号；所述决策电路，用于根据所述温度判断模块输出的不同类别的编码，结合所述状态比较电路输出的变化趋势信号，输出对应的控制指令。

可选的，该油田加热炉管控电路在硬件芯片FPGA中通过逻辑门电路实现，该FPGA集成到油田加热炉的下位机控制系统中。

可选的，所述数据存储模块利用FPGA芯片内部的块随机存储器BLOCK RAM实现。

可选的，所述温度判断模块包括8组比较器和2个译码电路，2个译码电路包括译码电路a和译码电路b；8组比较器的正端接收所述数据存储模块输出的温度数据，8组比较器的负端通过Set信号与通信电路连接并进而与上位机连接；8组比较器将输入的温度数据与9个温度区间进行比较，生成对应的编码；译码电路a将生成的编码分为表示不同调节模式的四个类别，分别通过四个编码输出端输出，其中第一类表示快速调节，第二类表示慢速调节，第三类表示缓冲调节，第四类表示不调节；当生成的编码属于表示缓冲调节模式的第三类时，译码电路b通过使能输出端输出使能信号1给所述状态比较电路，否则输出0。