綜述
油田自動(dòng)化信息系統(tǒng)建設(shè)主要包括油井遠(yuǎn)程監(jiān)控、配電線路自動(dòng)化系統(tǒng)、輸油管線泄露監(jiān)測(cè)、集輸站庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)控等四個(gè)部分，其目的是利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源頭自動(dòng)采集，借助油田現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源自動(dòng)加載到廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為各級(jí)管理部門(mén)應(yīng)用提供開(kāi)放的數(shù)據(jù)平臺(tái)，使生產(chǎn)和管理人員及時(shí)控制和掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化；并可以對(duì)取得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、優(yōu)化，從而為保證生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、降低生產(chǎn)成本提供重要依據(jù)。現(xiàn)在各油田都在建設(shè)數(shù)字油田，而數(shù)字油田能否順利實(shí)施的其中的一個(gè)重要條件是各生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)入公司的信息化系統(tǒng)。大慶紫金橋軟件技術(shù)有限公司長(zhǎng)期從事工業(yè)自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的研究工作，現(xiàn)在可以為用戶提供從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層到廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理全方位的解決方案。下面我們就介紹一下紫金橋軟件在油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。
全國(guó)各地各采油廠已不同程度地進(jìn)行了油井監(jiān)控的試點(diǎn)工作，目前參與的廠商數(shù)量比較多，水平參差不齊，各個(gè)廠家都是在做試點(diǎn)工作，也有個(gè)別廠家開(kāi)始規(guī)模推廣。另外這其中也暴露出很多的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在油井現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可靠性差，可維護(hù)性差，不能承受油井現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作環(huán)境（包括高溫、低溫、潮濕和沙塵）。數(shù)據(jù)開(kāi)放性不夠，往往是各個(gè)廠家互不兼容，軟件數(shù)據(jù)不能共享，呈現(xiàn)一個(gè)個(gè)的自動(dòng)化孤島。

系統(tǒng)方案
油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)井口參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用輪詢-應(yīng)答的通信方式，將檢測(cè)到的油井狀態(tài)，通過(guò)無(wú)線方式傳送給采油廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并以C／S或B／S模式，使生產(chǎn)管理的各個(gè)部門(mén)能夠及時(shí)掌握油井工作狀態(tài)，縮短油井故障處理時(shí)間，提高開(kāi)井時(shí)率，增加原油產(chǎn)量，提高工作效率。
自動(dòng)化工程必須按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)”的原則建設(shè)，系統(tǒng)方案必須整體考慮網(wǎng)絡(luò)通訊、系統(tǒng)安全等問(wèn)題，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放，使整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性與實(shí)用性。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循“實(shí)用性、開(kāi)放性、可靠性、先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性”的基本原則，以方便操作、可靠運(yùn)行為實(shí)施根本；方案設(shè)計(jì)既立足于實(shí)際，便于實(shí)施，又著眼于未來(lái)，為發(fā)展留有余地。技術(shù)方案普遍采用近幾年發(fā)展和改進(jìn)的新技術(shù)、新設(shè)備、新系統(tǒng)，其所有硬件和軟件均應(yīng)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)證具有先進(jìn)性和可靠性。
整個(gè)油田自動(dòng)化系統(tǒng)在局域網(wǎng)上根據(jù)地域特點(diǎn)在每個(gè)采油廠設(shè)一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳控中心（包括通訊處理機(jī)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、中心服務(wù)器），上位機(jī)采用紫金橋軟件系統(tǒng)，用于集中管理和存放各采油廠所轄區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)井、6KV 配電線路、聯(lián)合站、輸油管線的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，做到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)放的原則。
整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成如下：
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系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
根據(jù)油井分布的地域特點(diǎn)與無(wú)線通訊技術(shù)發(fā)展的水平，油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)考慮用CDMA/GPRS 或者數(shù)傳電臺(tái)通訊模式，系統(tǒng)主要由傳感器、井口控制器、CDMA/GPRS （數(shù)傳電臺(tái)）通訊模塊DTU、采油廠通訊機(jī)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB 服務(wù)器、監(jiān)控瀏覽終端等組成，也可以根據(jù)廠里面的要求適當(dāng)合并有些服務(wù)器。系統(tǒng)框圖如上面總圖所示。
油井工作狀態(tài)傳感器和變送器主要有溫度傳感變送器，壓力傳感器和變送器，電流互感器、抽油機(jī)載荷傳感器和變送器、位移傳感器和變送器、變壓器一次側(cè)電流互感器，它們將油井的工作狀態(tài)變換成對(duì)應(yīng)的電壓或電流值送至井口控制器。然后經(jīng)CDMA/GPRS 網(wǎng)或數(shù)傳電臺(tái)，接入采油廠通訊機(jī)，數(shù)據(jù)通訊機(jī)采用輪詢方式收集井口控制器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析經(jīng)處理后，進(jìn)采油廠監(jiān)控系統(tǒng)。油田中心服務(wù)器接收各廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)其它系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)。

油井監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
電泵井 SU 主要進(jìn)行電壓、電流、油井回壓、井口溫度等參數(shù)的測(cè)量。抽油機(jī)井SU主要進(jìn)行示功圖、電壓、電流、油井回壓、井口溫度等參數(shù)的測(cè)量，且保留油井遙控啟停功能。井口控制器具有電機(jī)有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、日用電量等參數(shù)的計(jì)算功能。
對(duì)電潛泵井停機(jī)、電壓過(guò)壓、欠壓、電流過(guò)流、欠載、井口回壓過(guò)高、過(guò)低等異常情況檢測(cè)報(bào)警；對(duì)抽油機(jī)井停機(jī)、電壓過(guò)壓、欠壓、電流過(guò)流、欠載、井口回壓過(guò)高、過(guò)低、載荷過(guò)低等異常情況檢測(cè)報(bào)警。線路來(lái)電瞬間，也作為異常情況報(bào)警。
當(dāng)電潛泵井出現(xiàn)過(guò)載停機(jī)故障時(shí)，將停機(jī)前一分鐘內(nèi)三相電流（Ia、Ib、Ic）與線電壓(如Uab)的數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)庫(kù)，為電泵故障診斷提供分析數(shù)據(jù)。

通訊服務(wù)器
通訊服務(wù)器主要用于與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊，處理在通訊過(guò)程中遇到的問(wèn)題，以向系統(tǒng)提供有效的數(shù)據(jù)。通訊服務(wù)器軟件應(yīng)具備以下基本功能：
（1） 增/刪終端，系統(tǒng)可支持多種類型的終端。至少支持以下兩種：抽油機(jī)井終端、電泵井終端。
（2） 配置終端通訊參數(shù)，包括通訊規(guī)約及屬性。系統(tǒng)可支持多種通訊規(guī)約。支持MODBUS、DNP3.0/UDP/IP等規(guī)約。
（3） 發(fā)送采集指令，并接收從終端發(fā)回的數(shù)據(jù)。
（4） 按照終端的配置執(zhí)行與終端的通訊過(guò)程和規(guī)約處理，系統(tǒng)根據(jù)終端的通訊通道和廠家將終端分組，一個(gè)組中的終端應(yīng)是同一通訊方式同一廠家的產(chǎn)品，一個(gè)組最多可容納20 個(gè)終端（與通訊的輪詢周期有關(guān)）。在循檢時(shí)間到來(lái)時(shí)，通訊服務(wù)器根據(jù)終端的分組情況，為每個(gè)組建立一個(gè)通訊線程，由每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)該組中所有終端的通訊。
（5） 通道質(zhì)量監(jiān)視：對(duì)通道的速率、誤碼率等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并隨時(shí)做出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
（6）對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備采用智能調(diào)度策略，在幾乎不犧牲系統(tǒng)采集速度的前提下，當(dāng)故障設(shè)備恢復(fù)時(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)其數(shù)據(jù)采集。

采油廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)
油井生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由安裝在油井上的監(jiān)測(cè)終端、安裝在采油廠級(jí)的通訊和數(shù)據(jù)服務(wù)器、采油隊(duì)等用戶使用的監(jiān)測(cè)界面、現(xiàn)場(chǎng)通訊系統(tǒng)和管理通訊系統(tǒng)五個(gè)部分組成，系統(tǒng)軟件平臺(tái)采用紫金橋組態(tài)軟件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：


油井生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由通訊子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、報(bào)警和事件處理子系統(tǒng)、安全控制子系統(tǒng)、圖形界面軟件和圖形制作子系統(tǒng)組成。
通訊子系統(tǒng)主要和通訊服務(wù)器通訊，負(fù)責(zé)接收通訊服務(wù)器的數(shù)據(jù)以及對(duì)其下發(fā)各類指令。能夠采集各種可以通過(guò)通道傳遞到主站的遙測(cè)、遙信、電度及其它類型的量測(cè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)定時(shí)召喚油井終端數(shù)據(jù)，召喚周期可按功圖、電流圖和其它量分別以分鐘為單位設(shè)置，最小為1 分鐘，最大為255 分鐘。
數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將通訊子系統(tǒng)得到的原始數(shù)據(jù)按現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)的類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換、判斷是否需要產(chǎn)生報(bào)警及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理。
報(bào)警和事件處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的報(bào)警效果、對(duì)報(bào)警和事件進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)。并把報(bào)警信息提示給最終用戶，提示相關(guān)人員進(jìn)行處理。系統(tǒng)預(yù)定義了多種報(bào)警條件，如模擬量可分別設(shè)置報(bào)警低低限、低限，高限、高高限，當(dāng)數(shù)據(jù)越過(guò)限值時(shí)就生成報(bào)警記錄。
圖形界面軟件和圖形制作子系統(tǒng)用于生成和顯示用戶圖形界面。通過(guò)動(dòng)態(tài)圖形界面實(shí)時(shí)顯示各類生產(chǎn)信息。主要包括：結(jié)合地理位置圖顯示油井信息，如開(kāi)/關(guān)井，電壓、電流、有功、無(wú)功等基本運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)；結(jié)合地理位置圖顯示與油井相關(guān)的電力線路運(yùn)行信息，如是否停電等；生成各采集參數(shù)的時(shí)間曲線；顯示示功圖，功圖迭加和并列對(duì)比。


油田中心服務(wù)器
中心服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存貯和管理，安裝紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。它負(fù)責(zé)整個(gè)油田的油井監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存貯和管理。中心服務(wù)器包含上位機(jī)界面子系統(tǒng)、安全管理子系統(tǒng)、查詢子系統(tǒng)、報(bào)警和事件處理子系統(tǒng)、歷史存貯子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)生產(chǎn)報(bào)表子系統(tǒng)、WEB服務(wù)子系統(tǒng)。油井中心服務(wù)器完成以下功能：
（1）生成客戶終端畫(huà)面：畫(huà)面應(yīng)可以以采油廠地圖做背景，按油井的近似地理位置顯示油井的基本運(yùn)行狀態(tài)，如是否開(kāi)井、是否有報(bào)警等；鼠標(biāo)移動(dòng)到油井位置可彈出信息框，顯示油井的基本運(yùn)行數(shù)據(jù)，如電流、電壓、回壓、溫度等；鼠標(biāo)點(diǎn)擊該井轉(zhuǎn)入詳細(xì)的油井信息畫(huà)面，提供了顯示示功圖、查詢歷史記錄、進(jìn)行功圖對(duì)比等功能選項(xiàng)。
（2） 安全管理：① 系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)用戶采用基于組的權(quán)限控制方式，對(duì)終端采用基于區(qū)域的控制方式；② 系統(tǒng)向用戶提供以下權(quán)限：系統(tǒng)管理、終端管理、控制、瀏覽，能控制每個(gè)用戶對(duì)每個(gè)終端的訪問(wèn)權(quán)限；③ 系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)注冊(cè)（修改）新用戶，并為用戶分配權(quán)限；負(fù)責(zé)維護(hù)系統(tǒng)級(jí)參數(shù)，包括：生產(chǎn)井缺省輪詢周期、生產(chǎn)井缺省保持日期；④ 一般授權(quán)用戶可以添加（修改）其管轄范圍內(nèi)的終端的配置參數(shù)。
（3） 通過(guò)查詢配電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取配電線路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在地圖背景上，使小隊(duì)用戶可以及時(shí)掌握油井供電情況，當(dāng)發(fā)生停井時(shí)能更好地分析停井原因。
（4） 報(bào)警管理：接收通訊服務(wù)器采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)配置庫(kù)中配置的變換參數(shù)和報(bào)警限值設(shè)定，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程值，并與報(bào)警限值比較，如果需要產(chǎn)生報(bào)警，則交給報(bào)警和事件處理軟件。
（5） 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：可對(duì)每個(gè)采集點(diǎn)配置歷史存儲(chǔ)周期，歷史存儲(chǔ)方式可以在以下兩種方式中選擇：變化保存、定時(shí)保存。并和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)通訊，把生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳入到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，為上層更深層次的數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)。
（6）實(shí)時(shí)生產(chǎn)報(bào)表子系統(tǒng)：紫金橋軟件提供了功能十分強(qiáng)大的報(bào)表系統(tǒng)，能生成各類報(bào)表：如班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)等統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
（7） Web服務(wù)系統(tǒng)：通過(guò)WEB服務(wù)器，授權(quán)用戶不需要安裝任何其它軟件，通過(guò)操作系統(tǒng)所帶的IE瀏覽器即可訪問(wèn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

通過(guò)紫金橋軟件把各個(gè)分散的油井在油田統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)上管理起來(lái)，并且與油田其它上位管理系統(tǒng)有機(jī)集成，為數(shù)字油田的建設(shè)提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為油田的信息化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。