油田采气厂无线数传SCADA系统
- 关键词：SCADA,无线数传电台,采油
- 作者：huaxun
- 摘要：中国石油长庆油田分公司第二采气厂，位于陕西省榆林市经济技术开发区，主要开发建设和管理长庆大气区东部的榆林气田及米脂、神木两个气区。管理区域2.18万平方公里，是长庆大气区天然气勘探开发最具潜力的区域之一。2003年生产能力已达到10×108m3。2005将达到20×108m3，2007年达到50×108m3。 生产区共有11个集气站，150多口气井，集气站和井分布在榆林市东部的丘陵地区，集气站和井口距采气二厂距离最远达40公里，最近有10公里，且分布广，地势起浮大，交通不便。除个别集气站到二厂有光纤通信外，其它集气站和井口到二厂或集气站均没有通信设备，生产数据的采集或汇总是通过人工或电话的方式进行，生产效率较低，消耗了大量的人力和物力。气田集气站现有一套Honeywell公司的采气计算机控制系统，可以对集气站的数据进行本地管理，但没有和采气二厂实现自动化管理。为了实现对整个气田的数据的采集和监控，二厂决定对首先对集气站和个别井口的数据采集和监控进行项目实验，一期共包括5个集气站和1个井口，项目于2003年开始设计，并于当年十月安装调试完成，现已正常运行。
系统的要求
将采气二厂141井区榆2站、榆3站、榆4站、榆5站的数据上传到采气2厂监控中心，实现对榆林气田集气站的全部集中监控和管理。
通过超短波无线信道（美国MDS电台）将上述4个站的数据先汇集到2配站，并进入2配站Honeywell计算机系统，再通过已有的光纤信道，将数据上传到采气2厂监控中心。
本系统还将对141井区的一个井口进行自动远程监控，并通过超短波无线及光纤信道上传到采气2厂监控中心。为今后实现全部井口的自动远程监视和管理做好技术储备。
设备选型
本方案是根据我公司现场测试和榆林气田的实际需求而设计的。无线通讯主设备选用美国MDS公司的无线数传电台MDS2710，采集设备选用ACTION公司的SCADAPACK RTU控制器。
系统功能
系统的功能如下
通过超短波无线信道将榆2站、榆3站、榆4站、榆5站、1个井口站的数据先汇集到2配站，并进入2配站Honeywell计算机系统。
通过已有的光纤信道，将数据从2配站上传到采气2厂监控中心。
实现对141井区的的集中监视
对生产故障和参数越限进行实时报警
对井口站的外来人员非法入侵报警
对生产数据进行自动历史记录
自动打印生产报表
井口站的主要功能:
实时测量井口的工艺参数,并每小时上报中心一次.
通过门禁开关实时监测是否有外来入侵,如有入侵,则立刻上报到中心.
如工艺参数报警,则立刻上报到中心.
自动检测电池剩余容量,自动提醒更换电池.
主要设备技术指标：
1．RTU技术指标
榆2、榆3、榆4、榆5、2配站RTU选用SCADAPACK 32P 型，其主要指标如下：
内存：4M号Flash RAM, 8M SDRAM, 1M CMOS RAM.
内置实时日历钟。
三个RS232通信口，可分别连接工作站计算机、PLC、无线电台。
通信协议：DNP3， MODBUS RTU/ASCII，DF1.
支持自报和存储转发。
供电：12—24VDC
使用环境：-40~ 70度。
井口站RTU选用SCADAPACK LP低功耗RTU，其主要指标如下：
内存：1M CMOS RAM， 512K Flash ROM
内置实时日历钟。
三个通信口，可分别连接流量计算机、无线电台、GSM、GPRS、扩频电台及卫星等通信设备。
五路标准模拟量输入，可连接温度、压力及流量变送器。
可按照AGA-3，AGA-5，AGA-7， AGA-8 / NX-19，孔板公式对天然气进行流量计算
可同时为现场5路4—20毫安仪表提供24伏供电
两路脉冲输入，可直接连接流量计。
一路0-32VDC模拟量输入，可测量供电系统的备用电池电压。
8路可编程开关量输入输出，可用于控制紧急切断阀、门禁开关等。
工作方式：运行/休眠
供电方式：太阳能电池板或蓄电池
功耗：小于100~450mW
使用环境：-40~ 70度。
2．MDS2710电台主要指标
高指标：传输速率达9600/19200bps, 透明标准RS232接口
使用频率220-240MHz,占用带宽小（12.5KHz/25KHz）
数据传输转换时间快(Tx-Rx-Tx)，仅为7-10 ms 
电台输出功率为1-5 W可调
高灵敏度低误码-110dBm(BER<10-6)
传输距离达30至50公里
收发转换小于2ms
低功耗：<18ma（休眠状态）< p="">
▼高可靠：采用数字信号处理、数字调制、纠错编码、强大的抗干扰能力、一体化设计等最先进技
电台可连续发射工作
数据处理的功能，如RTS/CTS延迟、发射延时、限时器等，均可编程设置。
诊断测试功能包括：电台参数、失电、接收信号强度、电源电压变化、内部温度等
温度/湿度:-40℃～70℃/95%
宽电源电压：10.5～16VDC
▼有网管：远端电台状态（电压、温度、误码、功率、接收电平等）远程监视
远端电台告警（低电压、数据格式错误、温度过高、不匹配等）显示
远端电台参数（串口速率、发射功率等）远程设置
▼产品系列全/配套使用灵活：230M//400M/800M都有（可分别适用于山区、海上、平 原、城市、郊区等多种地形和环境）；单工台、双工台、热备份台齐全（与各厂家RTU、 PLC、FTU等都可直接连接）
3．典型井口站的配置
井口站系统包括以下部件：
RTU控制器（SCADAPACK LP）
MDS2710数字电台
天馈线系统
避雷器
太阳能供电系统（或供电电池）
门禁开关
4．榆2、榆3、榆4、榆5、2配站配置
RTU控制器（SCADAPACK32P）
MDS2710数字电台
天馈线系统
避雷器
220VDC供电系统
系统方案
根据现场测试情况，结合榆林气田的地形地貌，按如下方式组网:
1、以榆4站为分中心，通过230M超短波无线通信系统,采集榆2、榆3、榆5及所属口井的数据，全部数据在榆4站汇集后，统一传输到2配站。
2、榆2、榆3、榆4、榆5站站控系统的数据均通过RS232接口直接进RTU，并运行DF1通信协议。
3、榆4站汇集的全部数据通过无线系统上传到2配站，并从2配站进入Honeywell计算机系统。2配站再通过光纤将数据上传到监控中心。
系统的结构示意图如下：
系统安装调试及运行：
本系统中，由于传输距离较远，为减小系统损耗，主站采用200MHz高增益全向天线，采用国产低损耗电缆作馈线，各从站使用200MHz高增益定向天线及国产低损耗馈线。因中心站到各集气站及井口地形复杂且最远距离达30多公里，且受地势影响有阻碍。为确定保系统运行正常，工程实施前对无线系统进行了实地电测，并根据电测数据确定主、从站天线架设高度。经测试，采用MDS2710电台在主站架设15米左右的主站天线各外围从站均可收到数据且无信号丢失，经72小时测试，系统运行可靠。
MDS2710和ACTION公司的SCADAPACK32采用串口通信方式进行连接，不需要流控制，只接收、发和地三线连接。SCADAPACK32和SLC5/03通信可组态选择DF1全双工，DF1半双工主或DF1半双工从方式。现场采集数据通过SLC500采集经过处理后，与SCADAPACK32通过DF1协议进行通信并进行数据交换，先后由串口将数据通过无数电台送到主控室RTU。以完成对系统的数据的采集和监控。
结论：
该工程已安装施工并调试完成，现系统已安全运行多年，系统运行完全正常。该项目的顺利实施提高了采气二厂数据采集的自动化水平，为科学有效对采气数据的管理打下了坚实的基础。并以此项目为样板在整个采气厂得到了推广。MDS2710电台高效稳定的工作能力得到了用户的普遍认同，其优越的性能和高质量的品质，是值得用户信任的第一无线数据传输设备。