【摘 要】 研制開發了一種能自動檢測井口參數的儀表系統, 具有現場數據無線實時傳輸、無線報警、無線起停控制以及巡檢自動化和無人職守等功能, 同時也具有一定的防盜功能。經實際使用, 效果非常好, 值得推廣。重點介紹了設計思路和方法。
【關鍵詞】 無線數傳, 自動巡檢, 數據管理, PCC
生產過程現場參數的變化情況直接反映生產情況, 所以及時有效地獲得現場參數顯得尤為重要。目前, 我國各油田的井口數據主要由人工抄表的形式獲得, 尤其在邊遠地區, 其勞動強度非常大, 成本也很高,數據的實時性差, 數據的管理也完全依靠人工報表的形式, 且數據往往還不真實。主要表現在: 巡檢難度大、報表不及時、信息不全(不能連續計量)、監測精度低、實時性差等, 也不利于全面數字化管理和數據分析。據此, 我們研制并開發了一種能自動檢測井口參數的網絡化無線自動檢測、報警及管理系統, 即實現現場數據無線實時傳輸、無線報警、無線起停控制以及巡檢自動化和無人職守等功能, 既可以減少人為因素造成的損失、降低勞動強度, 同時也具有一定的防盜功能。
智能型無線網絡現場參數自動巡檢系統是集最先進的無線傳輸技術、計算機技術、傳感器技術、自動控制技術等先進技術于一體的大型計算機監測與控制系統。適用于各個采油廠或礦站、大型廠礦特殊環境下的無人職守。該系統主要用于油田現場實時數據采集、數據通信、傳輸、報警、數據管理、分析等, 實現監控及巡檢完全自動化。提高了井口地面監控系統的自動化程
度和管理水平, 保證地面儀表系統的可靠性和穩定性;實現了數據的分布式管理、全信息檢測與記錄、數據長期保存、自動數據分析管理。
1 基本設計思路及系統結構
系統由兩大部分組成, 現場部分和中心站部分。現場部分主要完成數據采集和數據傳輸; 中心站部分主要完成數據循環呼叫及數據通信、數據管理和維護、報警管理等功能。
1. 1 現場部分
現場儀表開發擬采用基于AT 89C51 的單片機開發系統作為核心, 主要監測現場三相電流、一相電壓、功率因數及井口壓力等, 正常情況下每500ms 巡檢一次,每次把結果記錄保存, 正常記錄數據在現場儀表中可以循環記錄185 天。同時還記錄起停數據、異常數據、報警以及累計用電量等參數。基本電路結構如圖1。
1. 2 中心站部分
中心站結構很簡單, 主要包括: IPC 工業控制計算機1 臺、打印機1 臺、長時間UPS 電源1 臺、25W 無線數傳MODEM 1臺及配套全向天線、聲光報警系統、GSM 報警系統、配套控制及管理軟件等, 系統結構框圖見圖2 的中心站部分。
1. 3 系統結構
該系統在安裝結構上具有很大的靈活性, 既可以點對點通信, 也可以實現點對多點的分布式結構。不管是那一種使用方式, 現場安裝結構是完全一樣的。點對點結構主要用在邊緣地區井, 當該井不能直接與中心站通信時, 則可以通過某個鄰近井儀表系統進行中繼傳輸, 既可實現鄰近井數據相互通信傳輸, 也可實現主控室與現場的數據通信。點對點無線數據傳輸系統布置結構見圖2。從微觀的角度講, 在某個時刻, 整個系統實際上是以點對點結構在運行的, 所以系統的規模也沒有嚴格的限制, 理論上現場站點的數量是不受限制的。
2 系統軟件設計與功能實現
2. 1 系統軟件
集中監控及管理軟件采用目前最流行的DEL PH I6 開發。主應用程序名為JW - 3. EXE, 在
PW IN 98 操作系統環境下運行, 主要模塊包括: 界面管理、數據通信、數據處理、狀態識別、數據管理、系統設置、查詢、報表、網絡管理、權限管理、詞典庫管理等功能模塊, 系統主要操作功能模塊見表1。該系統具有自動報警、自動數據傳輸、歷史數據管理、數據分析手動呼叫等功能。
表1 JW- 3 系統主要操作功能模塊
方式采用兩種方式: ①聲光報警, 在中心控制室及顯示屏上對應站點坐標位置設置異常閃爍標志, 且在異常記錄數據文件中保存, 供日后查詢; ②通過工業GSM 移動電話發送短消息到值班管理者的移動電話中, 提示某口井目前運行異常情況。
經過多次現場試驗, 在使用過程中采用呼叫應答方式完全可以保證系統數據真實可靠, 當數據校驗出現異常時, 申請重新呼叫及數據傳輸。
2. 2 系統功能與特點
JW - 3 系統現場儀表具有如下主要功能和特點:
①現場參數實時監測, 實現動態監測井口壓力、三相電流和一相電壓、起停泵記錄、異常記錄、用電量等且長時間保存。
②實時無線數據傳輸, 系統網絡化設計, 有利于系統擴展及網絡化管理。
③集中管理分散控制, 現場實現實時數據采集、數據傳輸、異常報警、緊急停機、自啟延時、長時間數據記錄(可連續存儲1～ 185 天的監測數據) 等。
④數據管理與分析軟件, 日報表、月報表、季報表、年報表等, 具有歷史數據分析和管理。
⑤實現集中巡井功能, 判斷現場起停原因, 故障時報警(現場和主控制室) , 引進最先進GSM 技術實現異常報警。
⑥可實現無線控制起停等。
⑦儀表系統可就地顯示, 機殼全密封設計, 具有防塵、防盜、防潮及抗電磁干擾的特點, 一體化設計、安裝和維護更簡單快捷。
⑧低溫自動加熱裝置設計。
3 結束語
我們設計的基于無線傳輸的JW - 3 型無線網絡現場參數自動巡檢系統已經經過多次調試、運行。以9600B/s 中斷方式工作, 即使在通信距離較遠的情況下, 我們的通訊系統也能正常工作。經過數月的調試運行, 證明系統設計合理, 運行可靠。由此可見, 這種實現方法是一種方便、可靠的通信方式, 完全可以在油田的數據傳輸與控制中得到廣泛的應用。
參考文獻
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作者：鄔春學 (男，1964年生，副教授，研究方向：計算機監測與控制，特種智能儀器儀表的開發與設計。)1, 2 李冠宇1 余鎮危2 王 娜1 于林峰1
1 江漢石油學院 荊州 434023)
2 中國礦業大學 北京 100083
