大庆庆新数字化建设

• 关键词：数字化建设,单井数据采集,光纤传输,无线通讯
• 摘要：数字化油田是实际油田的虚拟表示，能够汇集该油田的自然和人文信息，人们可以对该虚拟体进行探查和互动。在建立油田生产和管理流程优化应用模型的基础上，利用虚拟现实技术对数据实现可视化和多维表达，并且通过智能化分析模型，为企业的经营管理提供良好的信息支撑环境。

一 、项目背景
       大庆庆新油田拟开展数字化改造，数字化油田建设方为大庆庆新油田公司，油田数字化网络传输平台如下图所示：

       大庆庆新数字化油田分三部分组成：
       1、井口控制器采用主控Super32-L308模块，无线通讯网关SZ932，并配备无线功图传感器SZ901，有线角位移传感器S917。井口控制箱内供电380VAC，取自现场电机控制柜内，经由变压器及开关电源变压后再供转换为24VDC给各设备,井场数据监控由信威模块以无线的方式向基站上传数据。
       2、计量间使用Super-E50系列分别是主控模块HC501，电量模块E306，模拟量输入模块HC101，现场供220VAC电，E306采集电参数据，与其他仪表数据在E50系统内集成，通过局域网络上传数据。
       3、上位机操作系统采用Windows 2008 Server，数据库采用 Mysql 2008版本，与安控科技自主研发的上位机软件平台组成。

二、系统介绍
       1、井口数据监控包括：电机电力参数（三相电压、电流、电网频率、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能）、抽油机运行状态、抽油机远程启停控制及功图的采集。
       2、计量间数据监控包括：计量间电参，掺水环压力、掺水环流量、掺水环温度、集油间掺水汇管温度、集油间掺水汇管压力、集油间回油汇管压力、注水井管汇压力、配注间来水压力、注塞泵进水压力、柱塞泵电流。
       3、中控室包括：井口的数据实时采集，数据存储。当井口发现抽油机异常停止，会有报警信息。功图对比分析，可以准确的判断出抽油机故障和实时数据的监控，省去了大量的人力，方便管理。

三、单井数据采集系统
       单井数据采集系统具有安全可靠、操作简单、维护方便、可适应恶劣环境等特点。
       在单井数据采集系统中，抽油机控制器是油田生产的现场监控末端，实时监视抽油机的生产工况，Super 32 RTU 是安控科技专为数字化油田定制的控制产品。该产品可采集油压、套压、油温、动液面等现场参数，可任意设定时间间隔采集油井功图，远程智能控制抽油机启停。控制器自动判断抽油机工作是否正常，异常时自动给出报警信息，主动上报至中控系统平台，同时根据预先设定的措施而采取不同的控制动作，控制器通过内置的功图专家诊断软件，可判断当前油井的实际工况如出砂、结蜡、供液不足、漏失、脱杆等工况。对油杆卡杆、断杆、盘根漏油、电机过流、断相等进行停机安全保护与报警。为了达到环保节能的目的，控制器具有空抽控制、间抽控制、连喷带抽等控制功能，使抽油机在最佳工作状态，起到节能增产道作用。为了更合理的节能，控制器还可以实现电机电力参数的采集，包括三相电压、电流电网频率、有功功率、无功功率、功率因素、有功电能、无功电能等。通过这些电参数位高效生产方案的指定提供更充分的依据，所以推荐庆新油田使用这一款专门为油田定制的控制器。
       Super32-l308主控模块采用先进的32位处理器，不仅能完成逻辑运算、定时、计数控制，还能实现数据处理、通讯联网等功能。Super32-L308集成了AI、DI、DO通道及RS232、RS485通讯接口，还具有Zigbee通信功能，可以和无线仪表或无线网关模块通信。与同类RTU相比，具有更大的存储容量，更强的计算功能，更简便的编程与开发能力；强大的通讯组网能力和卓越的环境指标，能够适应各种恶劣工况环境。确保油田每个上现场的员工都能方便、快捷、准确的了解我们现场设备的功能以及使用，我公司自主研发的RPC、RTU接口驱动软件解决这个问题，它有实现RTU远程启停、三相电参、油压、套压、和示功图采集等功能。

性能特点
       ●  功能强大的硬件系统，采用32位ARM处理器、储容量大
       ● 工作温度-40～+70℃，工作湿度5～95%RH，适应各种恶劣环境
       ● 集成了AI、DI、DO通道及RS232、RS485通讯接口
       ● 支持Zigbee通信功能
       ● 经济可靠、功能强大的通信接口，支持Modbus RTU/ASCII（可选）

其中庆新油田井口数据采集部分分为：
       1、 功图法量油：在井场，井场配套无线载荷位移传感器SZ901，实现油井功图全天候采集。在作业区监控中安装专门的示功图量油诊断软件，及时掌握油井产量情况和分析故障原因。
       2、 电参采集、油井含水、油压、套压采集：在抽油机控制箱配套无线电量模块Super32-L308,检测抽油机上下行过程中三相电流和三相电压变化情况；监控抽油机运行状态，对电机缺相、过载、空转等故障实现自动报警，并根据控制中心命令实现启停控制，抽油机安装无线压力传感器SZ903D 实现实时监控油压、套压和含水分析。
       3、 以上数据通过通讯公司无线基站传输数据统一处理传输到中控室监控平台从而省去人工劳动力，巡检，对故障井准确快速定位，为油田工作人员节省时间和安全处理。
单井数据采集拓扑图如下图所示：

四、计量间数据采集
       计量间Super-E50系列RTU与现场仪表之间的通讯方式是RS485通讯，而RTU与中控室传输是以光纤传输。
       Super-E50系列RTU是我公司集多年的站控系统开发、工程经验设计的新型站控RTU产品，可实现对工业现场信号的采集和设备的控制。该产品采用了先进的32位ARM技术，高效的嵌入式操作系统，整个系统功能强大、操作方便、集成度高。不仅能胜任逻辑、定时、技术控制，还能完成数据处理、高速计数、模拟量控制、PID、RTD、TC、通讯联网等功能。其程序开发方便，可与上位机组成控制系统，实现集散控制。Super-E50系列RTU系统工程开发工具EOpen就是针对用户的要求而开发的新型RTU系统，该系统采用国际标准IEC61131-3，具有良好的兼容性和开放性。EOpen源自德国INFOTEAM公司的OpenPCS系统，该系统已获PLCOPEN国际认证。源于其开放性和兼容性。可以在用户的新建系统及旧系统改造中，节省大量的投资。

性能特点
      ● 结构先进，易于扩展，可多站协调工作，组建复杂系统
      ● 模块化设计工业标准设计，DIN导轨安装结构，方便现场安装
      ● 经济可靠、功能强大的通信接口，支持Modbus RTU/ASCII/TCP/DNP3(可选)
      ● 高效的工程开发工具，符合IEC 61131-3标准，支持LD、FBDV1D、IL、ST、SFC五种程序语言
      ● 功能强大的硬件系统，采用32位ARM处理器、嵌入式实时多任务操作系统
      ● 先进的冗余/容错方式
      ● 工作温度-40～+70℃，工作湿度5～95%RH，适应各种恶劣环境
      ● 通过CE认证，达到EMC电磁兼容3级标准
      ● QS9000质量管理体系
1、RS485通讯。
       RS485是双向、半双工通讯协议，可以多个驱动器和接收器挂接在总线上，其中每个驱动器都能够脱离总线。该规范满足所有RS422的要求，而且比RS422稳定性更强。既有更高的接收器输入阻抗和更宽的共模范围。较宽的共模范围可实现长电缆、嘈杂环境（如工厂车间）下的数据传输，所以RS485适用于多主机/驱动器工业环境。其典型应用包括：过程自动化（化工、酿造、造纸）、工厂自动化（汽车制造、金属加工）、HVAV、安防、电机控制、运动控制。
2、光纤传输。
      ● 传输损耗低。损耗是传输介质的重要特性，它只决定了传输信号所需中继的距离。光纤作为光信号的传输解释具有低损耗的特点。
      ● 传输频带宽。光纤的频宽可达1GHZ以上，传输信号质量大大的提高。
      ● 抗干扰性强。光纤传输中的载波是光波，它是频率极高的电磁波，远远高于一般电波通讯所使用的频率，不怕外界强磁场的干扰、耐腐蚀，可扰性强等。同时由于光波受束于光纤之内，只在其芯区进行，基本上没有光泄露出去，因此无辐射、对环境无污染，传送信号无泄露，保密性强。
      ● 安全性能高。光纤采用的玻璃材质，不导电，防雷击；光纤传输不像传统电路因短路或接触不良而产生火花，因此在易燃易爆场合下特别适用。光纤无法像电缆一样进行窃听，一旦光缆遭破坏马上就会发现，因此安全性更强。
      ● 重量轻，机械性能好。光纤细小如丝，重量相当轻，即使是多芯光缆，重量也不会因为芯数增加而成倍增长，而电缆的重量一般都与外径成正比。体积小、重量轻、便于施工维护，光缆的敖设方式方便灵活，既可以直理、管道敖设，又可以水底和架空。
计量间数据采集拓扑图如下图所示：

五、结语
       大庆庆新数字化油田建设蕴含了高新技术的结晶，也让我们看到了技术与生产之间的完美结合。通过建立数字化油田，能够掌握油田所有实时生产信息，实现了井场、计量间数据共享、自动采集，极大的减少了现场人工操作。与此同时，科研人员节省了大量的收集整理资料时间，提供了全方位的生产经营信息，实现了油田的可视化管理，为国家日后的数字化油田建设开辟了新篇章。