一 、項(xiàng)目背景

大慶慶新油田擬開展數(shù)字化改造，數(shù)字化油田建設(shè)方為大慶慶新油田公司，油田數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)如下圖所示：

大慶慶新數(shù)字化油田分三部分組成：

    1、井口控制器采用主控Super32-L308模塊，無線通訊網(wǎng)關(guān)SZ932，并配備無線功圖傳感器SZ901，有線角位移傳感器S917。井口控制箱內(nèi)供電380VAC，取自現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)控制柜內(nèi)，經(jīng)由變壓器及開關(guān)電源變壓后再供轉(zhuǎn)換為24VDC給各設(shè)備,井場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控由信威模塊以無線的方式向基站上傳數(shù)據(jù)。

    2、計(jì)量間使用Super-E50系列分別是主控模塊HC501，電量模塊E306，模擬量輸入模塊HC101，現(xiàn)場(chǎng)供220VAC電，E306采集電參數(shù)據(jù)，與其他儀表數(shù)據(jù)在E50系統(tǒng)內(nèi)集成，通過局域網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)。

    3、上位機(jī)操作系統(tǒng)采用Windows 2008 Server，數(shù)據(jù)庫采用 Mysql 2008版本，與安控科技自主研發(fā)的上位機(jī)軟件平臺(tái)組成。

二、系統(tǒng)介紹

    1. 井口數(shù)據(jù)監(jiān)控包括：電機(jī)電力參數(shù)（三相電壓、電流、電網(wǎng)頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能）、抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、抽油機(jī)遠(yuǎn)程啟?？刂萍肮D的采集。

    2. 計(jì)量間數(shù)據(jù)監(jiān)控包括：計(jì)量間電參，摻水環(huán)壓力、摻水環(huán)流量、摻水環(huán)溫度、集油間摻水匯管溫度、集油間摻水匯管壓力、集油間回油匯管壓力、注水井管匯壓力、配注間來水壓力、注塞泵進(jìn)水壓力、柱塞泵電流。

    3. 中控室包括：井口的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。當(dāng)井口發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)異常停止，會(huì)有報(bào)警信息。功圖對(duì)比分析，可以準(zhǔn)確的判斷出抽油機(jī)故障和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，省去了大量的人力，方便管理。

三、單井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)

單井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有安全可靠、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可適應(yīng)惡劣環(huán)境等特點(diǎn)。

在單井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，抽油機(jī)控制器是油田生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控末端，實(shí)時(shí)監(jiān)視抽油機(jī)的生產(chǎn)工況，Super 32 RTU 是安控科技專為數(shù)字化油田定制的控制產(chǎn)品。該產(chǎn)品可采集油壓、套壓、油溫、動(dòng)液面等現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，可任意設(shè)定時(shí)間間隔采集油井功圖，遠(yuǎn)程智能控制抽油機(jī)啟停?？刂破髯詣?dòng)判斷抽油機(jī)工作是否正常，異常時(shí)自動(dòng)給出報(bào)警信息，主動(dòng)上報(bào)至中控系統(tǒng)平臺(tái)，同時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的措施而采取不同的控制動(dòng)作，控制器通過內(nèi)置的功圖專家診斷軟件，可判斷當(dāng)前油井的實(shí)際工況如出砂、結(jié)蠟、供液不足、漏失、脫桿等工況。對(duì)油桿卡桿、斷桿、盤根漏油、電機(jī)過流、斷相等進(jìn)行停機(jī)安全保護(hù)與報(bào)警。為了達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的，控制器具有空抽控制、間抽控制、連噴帶抽等控制功能，使抽油機(jī)在最佳工作狀態(tài)，起到節(jié)能增產(chǎn)道作用。為了更合理的節(jié)能，控制器還可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)電力參數(shù)的采集，包括三相電壓、電流電網(wǎng)頻率、有功功率、無功功率、功率因素、有功電能、無功電能等。通過這些電參數(shù)位高效生產(chǎn)方案的指定提供更充分的依據(jù)，所以推薦慶新油田使用這一款專門為油田定制的控制器。

Super32-l308主控模塊采用先進(jìn)的32位處理器，不僅能完成邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)控制，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。Super32-L308集成了AI、DI、DO通道及RS232、RS485通訊接口，還具有Zigbee通信功能，可以和無線儀表或無線網(wǎng)關(guān)模塊通信。與同類RTU相比，具有更大的存儲(chǔ)容量，更強(qiáng)的計(jì)算功能，更簡(jiǎn)便的編程與開發(fā)能力；強(qiáng)大的通訊組網(wǎng)能力和卓越的環(huán)境指標(biāo)，能夠適應(yīng)各種惡劣工況環(huán)境。確保油田每個(gè)上現(xiàn)場(chǎng)的員工都能方便、快捷、準(zhǔn)確的了解我們現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能以及使用，我公司自主研發(fā)的RPC、RTU接口驅(qū)動(dòng)軟件解決這個(gè)問題，它有實(shí)現(xiàn)RTU遠(yuǎn)程啟停、三相電參、油壓、套壓、和示功圖采集等功能。

性能特點(diǎn)

ü   功能強(qiáng)大的硬件系統(tǒng)，采用32位ARM處理器、儲(chǔ)容量大

ü  工作溫度-40～+70℃，工作濕度5～95%RH，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境

ü  集成了AI、DI、DO通道及RS232、RS485通訊接口

ü  支持Zigbee通信功能

ü  經(jīng)濟(jì)可靠、功能強(qiáng)大的通信接口，支持Modbus RTU/ASCII（可選）

其中慶新油田井口數(shù)據(jù)采集部分分為：

    1. 功圖法量油：在井場(chǎng)，井場(chǎng)配套無線載荷位移傳感器SZ901，實(shí)現(xiàn)油井功圖全天候采集。在作業(yè)區(qū)監(jiān)控中安裝專門的示功圖量油診斷軟件，及時(shí)掌握油井產(chǎn)量情況和分析故障原因。

    2. 電參采集、油井含水、油壓、套壓采集：在抽油機(jī)控制箱配套無線電量模塊Super32-L308,檢測(cè)抽油機(jī)上下行過程中三相電流和三相電壓變化情況；監(jiān)控抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電機(jī)缺相、過載、空轉(zhuǎn)等故障實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，并根據(jù)控制中心命令實(shí)現(xiàn)啟?？刂?，抽油機(jī)安裝無線壓力傳感器SZ903D 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控油壓、套壓和含水分析。

    3. 以上數(shù)據(jù)通過通訊公司無線基站傳輸數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理傳輸?shù)街锌厥冶O(jiān)控平臺(tái)從而省去人工勞動(dòng)力，巡檢，對(duì)故障井準(zhǔn)確快速定位，為油田工作人員節(jié)省時(shí)間和安全處理。

單井?dāng)?shù)據(jù)采集拓?fù)鋱D如下圖所示：

四、計(jì)量間數(shù)據(jù)采集

計(jì)量間Super-E50系列RTU與現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的通訊方式是RS485通訊，而RTU與中控室傳輸是以光纖傳輸。

Super-E50系列RTU是我公司集多年的站控系統(tǒng)開發(fā)、工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的新型站控RTU產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集和設(shè)備的控制。該產(chǎn)品采用了先進(jìn)的32位ARM技術(shù)，高效的嵌入式操作系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)功能強(qiáng)大、操作方便、集成度高。不僅能勝任邏輯、定時(shí)、技術(shù)控制，還能完成數(shù)據(jù)處理、高速計(jì)數(shù)、模擬量控制、PID、RTD、TC、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。其程序開發(fā)方便，可與上位機(jī)組成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集散控制。Super-E50系列RTU系統(tǒng)工程開發(fā)工具EOpen就是針對(duì)用戶的要求而開發(fā)的新型RTU系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3，具有良好的兼容性和開放性。EOpen源自德國INFOTEAM公司的OpenPCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)已獲PLCOPEN國際認(rèn)證。源于其開放性和兼容性?？梢栽谟脩舻男陆ㄏ到y(tǒng)及舊系統(tǒng)改造中，節(jié)省大量的投資。

性能特點(diǎn)

ü  結(jié)構(gòu)先進(jìn)，易于擴(kuò)展，可多站協(xié)調(diào)工作，組建復(fù)雜系統(tǒng)

ü  模塊化設(shè)計(jì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，DIN導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu)，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝

ü  經(jīng)濟(jì)可靠、功能強(qiáng)大的通信接口，支持Modbus RTU/ASCII/TCP/DNP3

(可選)

ü  高效的工程開發(fā)工具，符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持LD、FBDV1D、IL、

ST、SFC五種程序語言

ü  功能強(qiáng)大的硬件系統(tǒng)，采用32位ARM處理器、嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系

統(tǒng)

ü  先進(jìn)的冗余/容錯(cuò)方式

ü  工作溫度-40～+70℃，工作濕度5～95%RH，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境

ü  通過CE認(rèn)證，達(dá)到EMC電磁兼容3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

ü  QS9000質(zhì)量管理體系

1、RS485通訊

RS485是雙向、半雙工通訊協(xié)議，可以多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器掛接在總線上，其中每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都能夠脫離總線。該規(guī)范滿足所有RS422的要求，而且比RS422穩(wěn)定性更強(qiáng)。既有更高的接收器輸入阻抗和更寬的共模范圍。較寬的共模范圍可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)電纜、嘈雜環(huán)境（如工廠車間）下的數(shù)據(jù)傳輸，所以RS485適用于多主機(jī)/驅(qū)動(dòng)器工業(yè)環(huán)境。其典型應(yīng)用包括：過程自動(dòng)化（化工、釀造、造紙）、工廠自動(dòng)化（汽車制造、金屬加工）、HVAV、安防、電機(jī)控制、運(yùn)動(dòng)控制。

2、光纖傳輸

ü  傳輸損耗低。損耗是傳輸介質(zhì)的重要特性，它只決定了傳輸信號(hào)所需中繼的距離。光纖作為光信號(hào)的傳輸解釋具有低損耗的特點(diǎn)。

ü  傳輸頻帶寬。光纖的頻寬可達(dá)1GHZ以上，傳輸信號(hào)質(zhì)量大大的提高。

ü  抗干擾性強(qiáng)。光纖傳輸中的載波是光波，它是頻率極高的電磁波，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般電波通訊所使用的頻率，不怕外界強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾、耐腐蝕，可擾性強(qiáng)等。同時(shí)由于光波受束于光纖之內(nèi)，只在其芯區(qū)進(jìn)行，基本上沒有光泄露出去，因此無輻射、對(duì)環(huán)境無污染，傳送信號(hào)無泄露，保密性強(qiáng)。

ü  安全性能高。光纖采用的玻璃材質(zhì)，不導(dǎo)電，防雷擊；光纖傳輸不像傳統(tǒng)電路因短路或接觸不良而產(chǎn)生火花，因此在易燃易爆場(chǎng)合下特別適用。光纖無法像電纜一樣進(jìn)行竊聽，一旦光纜遭破壞馬上就會(huì)發(fā)現(xiàn)，因此安全性更強(qiáng)。

ü  重量輕，機(jī)械性能好。光纖細(xì)小如絲，重量相當(dāng)輕，即使是多芯光纜，重量也不會(huì)因?yàn)樾緮?shù)增加而成倍增長(zhǎng)，而電纜的重量一般都與外徑成正比。體積小、重量輕、便于施工維護(hù)，光纜的敖設(shè)方式方便靈活，既可以直理、管道敖設(shè)，又可以水底和架空。

計(jì)量間數(shù)據(jù)采集拓?fù)鋱D如下圖所示：

五、結(jié)語

大慶慶新數(shù)字化油田建設(shè)蘊(yùn)含了高新技術(shù)的結(jié)晶，也讓我們看到了技術(shù)與生產(chǎn)之間的完美結(jié)合。通過建立數(shù)字化油田，能夠掌握油田所有實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)了井場(chǎng)、計(jì)量間數(shù)據(jù)共享、自動(dòng)采集，極大的減少了現(xiàn)場(chǎng)人工操作。與此同時(shí)，科研人員節(jié)省了大量的收集整理資料時(shí)間，提供了全方位的生產(chǎn)經(jīng)營信息，實(shí)現(xiàn)了油田的可視化管理，為國家日后的數(shù)字化油田建設(shè)開辟了新篇章。