應(yīng)用名稱(chēng)：油井監(jiān)控系統(tǒng)
關(guān)鍵詞：油井監(jiān)控系統(tǒng)，GSM，RCM2300，Rabbit,Zworld

應(yīng)用背景：

 

 

    在我國(guó)油井的數(shù)據(jù)采集基本上靠人工完成，采油工都必須到現(xiàn)場(chǎng)采集油井示功圖、平衡度、油套壓、油溫及產(chǎn)液量等井口生產(chǎn)數(shù)據(jù)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性完全依賴(lài)于采油工人的工作責(zé)任心。海上油田的生產(chǎn)管理則更加困難，常常要借助于龐大的集輸管線(xiàn)及增加采油平臺(tái)來(lái)降低現(xiàn)場(chǎng)管理難度，采油井的生產(chǎn)參數(shù)經(jīng)常受到天氣變化和交通工具的影響無(wú)法正常獲得，嚴(yán)重影響了油井的自動(dòng)化管理。應(yīng)用油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)（RUT/SCADA）對(duì)于實(shí)現(xiàn)油井管理的自動(dòng)化、提高工作效率、保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性及加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)事故應(yīng)急處理等都具有非常重要的意義。

解決方案：

    利用GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)短信息服務(wù)快捷的性能和想對(duì)低廉的收費(fèi)，研制開(kāi)發(fā)了一種用于分布式井群生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)，可直接應(yīng)用于油井地比較分散的采油生產(chǎn)企業(yè)，滿(mǎn)足了油田生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)所要求的高可靠性、高實(shí)時(shí)性和維護(hù)方便性。

 

    該系統(tǒng)采用由單臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器和多監(jiān)控終端并行運(yùn)行方案，每口油井作為一個(gè)終端單元，實(shí)時(shí)采集下接的(儀表負(fù)荷傳感器、電流互感器、電壓互感器、功率因數(shù)變換器)信息，自主運(yùn)行。監(jiān)控終端可以選用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)兩種通信方式與監(jiān)控服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，在油井現(xiàn)場(chǎng)用筆記本電腦RS232C直接電纜連接進(jìn)行參數(shù)修改和數(shù)據(jù)傳載，此時(shí)筆記本電腦充當(dāng)監(jiān)控服務(wù)器，使系統(tǒng)方便的運(yùn)行；對(duì)于中心控制室，監(jiān)控終端可以通過(guò)GSMmodem和監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，但是通信費(fèi)用比較高而不可取，當(dāng)然也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)交換量的比較，有效的油井?dāng)?shù)據(jù)量一般不超過(guò)一條段信息的容量，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)我們知道作為最大的數(shù)據(jù)交換——示功圖也不過(guò)160個(gè)字符（測(cè)量周期100ms，沖程周期6——7s），因此選GSM短信息方式進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換完全滿(mǎn)足。監(jiān)控終端根據(jù)設(shè)定的需要把油井抽油機(jī)工作狀況以短信息的方式發(fā)送到監(jiān)控服務(wù)器，監(jiān)控服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)保存、統(tǒng)計(jì)供管理人員查詢(xún)、分析。工作人員可以在監(jiān)控服務(wù)器根據(jù)需要以短信息的方式向終端發(fā)送控制命令，控制抽油機(jī)的運(yùn)行和獲取抽油機(jī)的工作狀況。

整個(gè)系統(tǒng)由單井?dāng)?shù)控單元、中心控制室和GSM網(wǎng)絡(luò)組成。

 

其中單口油井監(jiān)控單元包括：RTU、信號(hào)處理模塊和短信模塊。

1.1  RTU設(shè)計(jì)

    RTU作為監(jiān)控單元功能實(shí)現(xiàn)終端，選用ZWORLD公司生產(chǎn)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(gè)I/O線(xiàn)，17個(gè)可設(shè)置的I/O、8個(gè)固定輸入、4個(gè)固定輸出；3個(gè)通用串口；5個(gè)8位定時(shí)器和1個(gè)帶2個(gè)匹配寄存的10位定時(shí)器（5個(gè)定時(shí)器成對(duì)級(jí)聯(lián)）。根據(jù)需要我們擴(kuò)展輸入輸出通道為：4路繼電器輸出，4路數(shù)字量輸出，8路塊數(shù)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(gè)RS485端口，2個(gè)3線(xiàn)的RS232或者一個(gè)5線(xiàn)的RS232端口。相應(yīng)的在開(kāi)發(fā)平臺(tái)Dynamic C上用單根接口電纜把PC串行口和基于Rabbit2000的目標(biāo)系統(tǒng)連接起來(lái)就可實(shí)現(xiàn)軟件的開(kāi)發(fā),系統(tǒng)集編輯、編譯、鏈接、調(diào)試、下載于一體，可快速的進(jìn)行目標(biāo)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)。

    監(jiān)控終端的功能是根據(jù)檢測(cè)的抽油機(jī)工作狀態(tài)，判斷抽油機(jī)的工效，適時(shí)的對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行起停操作，保障油機(jī)的機(jī)械及其電氣設(shè)備的安全的同時(shí)，提高單口油井的產(chǎn)效。

1.2  信號(hào)處理模塊

    對(duì)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(lái)遺留的一些不同信號(hào)的儀表，特別是油機(jī)必備的負(fù)荷傳感器，其輸出信號(hào)一般是0～10mV，但是隨著使用時(shí)間的遞增負(fù)荷零點(diǎn)會(huì)有變化，將直接影響到控制功能的實(shí)現(xiàn)，所以我們專(zhuān)門(mén)針對(duì)負(fù)荷傳感器設(shè)計(jì)了調(diào)理模塊， 除完成將0～10mV電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號(hào)外，還要負(fù)責(zé)處理好隨溫度和時(shí)間變化的影響。

1.3  短信模塊

    在應(yīng)用中監(jiān)控終端和監(jiān)控服務(wù)器通過(guò)RS232接口連接短信模塊來(lái)發(fā)送和接收GSM短消息，完成數(shù)據(jù)交換功能。

 

    監(jiān)控終端RTU系統(tǒng)軟件不僅要實(shí)時(shí)采集抽油機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)控制抽油機(jī)的運(yùn)行，還要對(duì)各種信息進(jìn)行處理，抽油機(jī)本身負(fù)荷功圖、電流圖、功率因數(shù)圖等都是大數(shù)據(jù)量的處理，所以系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)必須是一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)。ZWORLD公司軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)Dynamic　C是一個(gè)開(kāi)放C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供有豐富的庫(kù)函數(shù)，可以開(kāi)發(fā)出多任務(wù)系統(tǒng)。

    終端控制軟件功能設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括三個(gè)方面：數(shù)據(jù)采集與處理功能模塊、邏輯處理功能模塊、I/O驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊。