油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)在我國油井上的應用

【關鍵詞】 油井監(jiān)控系統(tǒng)，GSM，RCM2300，Rabbit,Zworld 應用背景： 　　在我國油井的數據采集基本上靠人工完成，采油工都必須到現場采集油井示功圖、平衡度、油套壓、油溫及產液量等井口生產數據，工人勞動強度大，且數據的準確可靠性完全依賴于采油工人的工作責任心。海上油田的生產管理則更加困難，常常要借助于龐大的集輸管線及增加采油平臺來降低現場管理難度，采油井的生產參數經常受到天氣變化和交通工具的影響無法正常獲得，嚴重影響了油井的自動化管理。應用油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)（RUT/SCADA）對于實現油井管理的自動化、提高工作效率、保證數據采集的準確性及加強現場事故應急處理等都具有非常重要的意義。

解決方案： 　　利用GSM移動通訊網絡短信息服務快捷的性能和想對低廉的收費，研制開發(fā)了一種用于分布式井群生產的監(jiān)控系統(tǒng)，可直接應用于油井地比較分散的采油生產企業(yè)，滿足了油田生產監(jiān)控網絡所要求的高可靠性、高實時性和維護方便性。 系統(tǒng)組成及其功能 　　該系統(tǒng)采用由單臺監(jiān)控服務器和多監(jiān)控終端并行運行方案，每口油井作為一個終端單元，實時采集下接的(儀表負荷傳感器、電流互感器、電壓互感器、功率因數變換器)信息，自主運行。監(jiān)控終端可以選用有線或無線兩種通信方式與監(jiān)控服務器交換數據，在油井現場用筆記本電腦RS232C直接電纜連接進行參數修改和數據傳載，此時筆記本電腦充當監(jiān)控服務器，使系統(tǒng)方便的運行；對于中心控制室，監(jiān)控終端可以通過GSMmodem和監(jiān)控服務器進行數據交換，但是通信費用比較高而不可取，當然也可以通過無線數傳電臺進行數據交換，通過實際應用的數據交換量的比較，有效的油井數據量一般不超過一條段信息的容量，經過試驗檢測我們知道作為最大的數據交換——示功圖也不過160個字符（測量周期100ms，沖程周期6——7s），因此選GSM短信息方式進行必要的數據交換完全滿足。監(jiān)控終端根據設定的需要把油井抽油機工作狀況以短信息的方式發(fā)送到監(jiān)控服務器，監(jiān)控服務器對數據進行分類保存、統(tǒng)計供管理人員查詢、分析。工作人員可以在監(jiān)控服務器根據需要以短信息的方式向終端發(fā)送控制命令，控制抽油機的運行和獲取抽油機的工作狀況。 整個系統(tǒng)由單井數控單元、中心控制室和GSM網絡組成。 單井數控單元 其中單口油井監(jiān)控單元包括：RTU、信號處理模塊和短信模塊。 1.1 RTU設計 　　RTU作為監(jiān)控單元功能實現終端，選用ZWORLD公司生產的RCM2300核心模塊，RCM2300模塊包括：工作在22.1MHz上的微處理器Rabbit200;128K SPAM和256K Flash；29個I/O線，17個可設置的I/O、8個固定輸入、4個固定輸出；3個通用串口；5個8位定時器和1個帶2個匹配寄存的10位定時器（5個定時器成對級聯(lián)）。根據需要我們擴展輸入輸出通道為：4路繼電器輸出，4路數字量輸出，8路塊數字輸入，4路12位分辨率4～20mA電流模擬量輸入，4路12位分辯率0～5V模擬量輸入，2路12位的分辨率0～4V模擬量輸出，1個RS485端口，2個3線的RS232或者一個5線的RS232端口。相應的在開發(fā)平臺Dynamic C上用單根接口電纜把PC串行口和基于Rabbit2000的目標系統(tǒng)連接起來就可實現軟件的開發(fā),系統(tǒng)集編輯、編譯、鏈接、調試、下載于一體，可快速的進行目標系統(tǒng)軟件的開發(fā)。 　　監(jiān)控終端的功能是根據檢測的抽油機工作狀態(tài)，判斷抽油機的工效，適時的對抽油機進行起停操作，保障油機的機械及其電氣設備的安全的同時，提高單口油井的產效。 1.2 信號處理模塊 　　對于不同的油井可能需要配備不同的一次儀表。還有企業(yè)原來遺留的一些不同信號的儀表，特別是油機必備的負荷傳感器，其輸出信號一般是0～10mV，但是隨著使用時間的遞增負荷零點會有變化，將直接影響到控制功能的實現，所以我們專門針對負荷傳感器設計了調理模塊， 除完成將0～10mV電壓信號轉換成4～20mA電流信號外，還要負責處理好隨溫度和時間變化的影響。 1.3 短信模塊 　　在應用中監(jiān)控終端和監(jiān)控服務器通過RS232接口連接短信模塊來發(fā)送和接收GSM短消息，完成數據交換功能。 終端控制軟件設計 　　監(jiān)控終端RTU系統(tǒng)軟件不僅要實時采集抽油機數據，實時控制抽油機的運行，還要對各種信息進行處理，抽油機本身負荷功圖、電流圖、功率因數圖等都是大數據量的處理，所以系統(tǒng)軟件的設計必須是一個多任務系統(tǒng)。ZWORLD公司軟件開發(fā)平臺Dynamic　C是一個開放C語言開發(fā)環(huán)境，提供有豐富的庫函數，可以開發(fā)出多任務系統(tǒng)。 　　終端控制軟件功能設計采用模塊化設計，主要包括三個方面：數據采集與處理功能模塊、邏輯處理功能模塊、I/O驅動模塊、通信模塊。 　　1) 采集與處理功能模塊：需要采集的模擬數據有光桿負荷、電機電流、電機電壓，電機功率因數和其它的油井管道壓力等數據，數字量信息包括電機狀態(tài)（運行和停止）、系統(tǒng)運行方式（手動/自動），位置開關狀態(tài)等。對模擬數據進行量化處理為相應的可視化圖形并按一定的時間規(guī)律間隙存儲，對數字量信息需要進行抗干擾處理，防止假錯信息進入。 　　2）邏輯處理功能模塊：控制系統(tǒng)的目的是要控制的一系列動作，根據采集的信息識別當前抽油機的工作狀態(tài)，按照抽油機的工作原理和油井的變化規(guī)律，控制和預測抽油機的動作。抽油機的控制功能主要包括：空抽控制、時間定點控制、連噴帶抽控制，根據用戶的實際應用設定需要的控制功能的同時，記錄出現的所有運行故障。 　　3）I/O驅動模塊：這一部分主要是針對輸入、輸出耗損時間較多的緣故，把所有輸入輸出放在一個任務里面集中處理，有利于提高系統(tǒng)的實時性?？刂茖崿F聲音和燈光閃爍的報警功能。 　　4）通信模塊：通信功能我們實現了兩種方式，在工作現場通過RS232接口通信的Modbus協(xié)議和基于GSM短信息的無線傳遞方式。 中心控制室 中心控制室可以采用任何一種高級語言vb,vc等開發(fā)出相應的上位機軟件，實現對采集數據的分析存儲。這里不再詳述。 GSM網絡 GSM （Groupe Speciale Mobile )廣泛用于歐洲及亞洲地區(qū)的通訊網路, 為數字蜂巢 (DIGITAL CELLULAR) 式通訊技術的標準之一， 透過此一通訊標準讓遠程的筆記型計算機及個人數字助理等行動裝置得以相互連系、交換訊息。 相關產品: RCM2300控制器模塊

　　22.1 MHz的時鐘，256K的Flash,128K的SRAM, 7個定時器, 時間/日期時鐘，29個通用 I/O, 看門狗定時器和4個串口。