油井远程监控SCADA系统v1.6.doc

油井远程监控油井远程监控 SCADASCADA 系统系统 V1 6 V1 6 品质造就经典品质造就经典 合作共创双赢合作共创双赢 北京易控微网科技有限公司北京易控微网科技有限公司 版权所有版权所有 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 2 页 目目 录录 第一部分 系第一部分 系统统概述概述 4 1 1 现状综述 4 1 2 设计思想 4 1 3 油井远程监控系统 6 系统实现的功能 6 需要传输的数据 7 采油队主站 7 通信 11 井口控制器 12 第二部分第二部分 设备说明设备说明 13 2 1 厂站端主站软件硬件 13 2 2 通信设备 13 2 3 井口控制器 16 MDS 104SGT井口控制单元 16 防盗功能 16 告警显示控制模块 16 现场仪表 16 2 4 规约说明 17 MODBUS 规约 17 第三部分第三部分 系统安装系统安装 21 第四部分第四部分 系统服务系统服务 25 第五部分第五部分 系统报价系统报价 25 第六部分第六部分 业绩业绩 26 第七部分第七部分 附录附录 27 6 1 油井专用控制器 MDS 104SGT 功能示意图 27 6 2 MDS 104SGT 功能介绍 28 6 3 MDS 104SGTSGT 尺寸图 29 6 4 MDS 104SGT 交流计算原理 30 6 5 电动机保护原理 30 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 3 页 6 6 温度传感器原理 31 6 7 倾角传感器变送器原理 32 6 8 压力传感器变送器原理 32 6 9 载荷传感器原理 32 6 10 地面示功图 32 6 11 防盗报警 33 6 12 抽油机节能问题 34 6 13 常见问题及解决 34 6 14 附图 35 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 4 页 第一部第一部分 系统概述分 系统概述 1 1 系统设计说明系统设计说明 油田自动化信息系统建设主要包括油井远程监控 配电线路自动化系统 输油管线 泄露监测 集输站库自动化监控等四个部分 其目的是利用现场监控系统 实现数据源 头自动采集 借助油田现有网络资源自动加载到厂级实时数据库 为各级管理部门应用 提供开放的数据平台 使生产和管理人员及时控制和掌握生产动态 从而实现整个生产 过程的自动化 并可以对取得的实时数据进行统计 分析 优化 从而为保证生产设备 正常运转 降低生产成本提供重要依据 下面我们就油井远程监控系统进行论述 1 2 现状综述现状综述 全国各地各采油厂已不同程度地进行了油井监控的试点工作 目前参与的厂商数量 比较多 水平参差不齐 各个厂家都是在做试点工作 也有个别厂家开始规模推广 也 暴露出很多的问题 主要表现在油井现场设备可靠性差 可维护性差 不能承受油井现 场恶劣的工作环境 包括高温 低温 潮湿和沙尘 数据开放性不够 往往是各个厂 家互不兼容 软件数据不能共享 呈现一个个的自动化孤岛 全国十几万口油井 已经采用油井监控的油井不会超过一万口 不足总数的10 1 3 设计思想设计思想 目的 目的 油井远程监控系统主要是通过对井口参数的实时检测 采用轮询 应答的通信方式 将检测到的油井状态 通过无线方式传送给采油厂实时数据库服务器 并以C S或B S 模式 使生产管理的各个部门能够及时掌握油井工作状态 缩短油井故障处理时间 提 高开井时率 增加原油产量 提高工作效率 另外 油井井口的控制器具有电量计算功 能 可以为6kV 电力线路配电自动化系统提供基础计算数据 原则 原则 自动化工程必须按照 统一规划 统一标准 统一数据库 的原则建设 系统方案 必须整体考虑网络通讯 系统安全等问题 保证实时数据库标准开放 使整个系统具有 极高的可靠性与实用性 系统设计遵循 实用性 开放性 可靠性 先进性 可扩展性 易维护性 的基本 原则 以方便操作 可靠运行为实施根本 方案设计既立足于实际 便于实施 又着眼 于未来 为发展留有余地 技术方案普遍采用近几年发展和改进的新技术 新设备 新 系统 其所有硬件和软件均应经过生产现场考验 经验证具有先进性和可靠性 整个油田自动化系统在局域网上根据地域特点在每个采油厂设一个实时数据传控中 心 包括通讯处理机 实时数据库服务器 应用服务器 用于集中管理和存放各采油 厂所辖区域内生产井 6KV 配电线路 联合站 输油管线的现场实时数据 做到实时数 据库开放的原则 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 5 页 整个系统构成如下 整个系统构成如下 方案说明 方案说明 井口控制器采集油井示功图 电量 回压 温度等参数 经CDMA GPRS 网或者数传 电台 以CDMA GPRS 专线方式或者数传电台接口 RS232 接入采油厂通讯机 实时数据 库服务器 厂矿小队的计算机可以用浏览器或客户端方式对实时数据库进行访问 井口 控制器改变以往只采电压 电流有效值地模式 而是实时采集计算电机电量参数 可为 配电线路自动化系统提供所需的数据 6kV 配电线路远方终端 采油厂通讯机 实时数据库 配电SCADA 应用服务器 工 作站等 利用CDMA GPRS 网 组成配电线路自动化系统 实现对配电线路运行状况的实 时监控和管理 集输站库自动化系统与输油管线泄漏检测系统均是相对独立的一个系统 经局域网 将系统采集的生产数据上传采油厂实时数据库 实现网上数据共享 通过B S 模式 可以使管理者浏览和查询全厂实时数据 及时了解现场生产情况 也可以通过C S 模式对生产数据进行统计 分析 为了保证系统的时钟一致性 系统配备专用的GPS 时钟 用于同步全网的系统时钟 包括定时与各FTU SU 远方对时 系统中通讯机 实时数据库服务器 应用服务器等重要节点采用双机热备用配置 保持主机和备机之间数据的一致性 使主 备机可以在故障时可以随时切换运行 数据中心采用双网冗余配置 且与油田局域网隔离 当主网出现故障 备网可随时 切换为主网运行 网络安全性设计 采用防火墙 数据加密 网络隔离 用户权限管理等技术和手段 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 6 页 保证网络和信息的安全 用户权限管理工作包括系统用户资料库管理 用户注册 用户 级别设置 用户权限设置等主要内容 目前全油田网络范围内已建立起了病毒防治体系 因此本系统病毒防治依照油田统 一规范执行 1 4 油井远程监控系统油井远程监控系统 根据油井分布的地域特点与无线通讯技术发展的水平 油井远程监控系统考虑用 CDMA GPRS 或者数传电台通讯模式 系统主要由传感器 井口控制器SU CDMA GPRS 数传电台 通讯模块DTU 采油厂通讯机 实时数据库服务器 WEB 服务器 监控浏览 终端等组成 系统框图如上面总图所示 油井工作状态传感器和变送器主要有温度传感变送器 压力传感器和变送器 电流 互感器 抽油机载荷传感器和变送器 位移传感器和变送器 变压器一次侧电流互感器 它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至井口控制器SU 然后经CDMA GPRS 网或数传电台 接入采油厂通讯机 数据通讯机采用轮询方式收集井口控制器数据 数 据经过分析经处理后 进采油厂实时数据库 厂矿小队的计算机可根据不同的权限 采 用C S 或B S模式对实时数据库进行访问 系统实现的功能系统实现的功能 电泵井 SU 主要进行电压 电流 油井回压 井口温度等参数的测量 抽油机井SU 主要进行示功图 电压 电流 油井回压 井口温度等参数的测量 且保留油井遥控启 停功能 井口控制器具有电机有功功率 无功功率 功率因数 日用电量等参数的计算功能 对电潜泵井停机 电压过压 欠压 电流过流 欠载 井口回压过高 过低等异常 情况检测报警 对抽油机井停机 电压过压 欠压 电流过流 欠载 井口回压过高 过低 载荷过低等异常情况检测报警 线路来电瞬间 也作为异常情况报警 采油队监控机按照管理权限仅能查询本队油井的工作状态 实时收据 及相关通信 模块工作状态 配电线路工作状态 抽油机井示功图 电流图 或功率图 除定时采集保存外 采油队可根据生产情 况 手动选择油井井号 实时索要示功图 电流图 或功率图 当电潜泵井出现过载停机故障时 将停机前一分钟内三相电流 Ia Ib Ic 与线 电压 如Uab 的数据上传数据库 为电泵故障诊断提供分析数据 采油队监控机具有静态数据浏览和编辑等功能 包括抽油机型号 配置电机型号 油井井号 冲程 线路名称 量程上 下限 报警上 下限 油井井况等方面的数据 并能够添加新开油井 删除停产油井 修改作业井的基本数据 系统具有示功图 电流图 或功率图 电流 电压等参数的实时趋势 历史趋 势监视功能 可方便地了解长时间的参数变化情况 方便快速分析 系统可以考虑地理图形系统的接入 使图形能反映地理信息 可以非常直观形象反 映整个油区的工作状况 采油厂 矿与相关科室能够通过浏览器查询厂 矿 队油井的工作状态与实时数据 当天停井情况 开机时率统计 以及历史数据与历史记录 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 7 页 需要传输的数据需要传输的数据 抽油机井需上传数据主要有 载荷 最大与最小值 回压 井口温度 电流 Ia Ib Ic 最大与最小值 电压 Ua Ub Uc 有效值 有功功率 无功功率 功 率因数 上下冲程最大电流值 上下冲程功率 平衡率 日用电量 累计电量 冲次 系统状态 采集时间等数据 示功图 电流图 或功率图 需要一个冲次内载荷 电流 或功率 的所有采集量 每个图约需要200 个数据 因此 数据总量约为430 个数据 其中基本数据量为30 个数据 电潜泵井需上传数据主要有 回压 井口温度 电流 Ia Ib Ic 电压 Ua Ub Uc 变有功功率 无功功率 功率因数 日用电量 累计电量 系统状态 采集时间等数据 数据总量约为20 个数据 采油队主站采油队主站 油井生产监测系统由安装在油井上的监测终端 安装在采油厂级的通讯和数据服务 器 采油队等用户使用的监测界面 现场通讯系统和管理通讯系统五个部分组成 系统 结构如下图所示 油井监测系统软件由通讯软件 数据处理软件 命令处理软件 报警和事件处理软 件 安全控制软件 图形界面软件和图形制作软件组成 通讯软件主要负责通过设定的通讯规约和接口与现场设备进行通讯 获取现场设备 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 8 页 所采集的数据或向现场设备发送数据和指令 数据处理软件主要负责将通讯软件得到的原始数据按现场采集点的类型进行转换 判断是否需要产生报警及数据存储管理 命令处理软件主要负责处理用户的下发命令 将命令转换为通讯服务器的控制指令 并协调多个用户同时下发命令时的关系 报警和事件处理软件负责实现预定的报警效果 对报警和事件进行记录 存储 安全控制软件负责管理系统用户的认证和授权信息 对系统用户进行身份认证和权 限检查 图形界面软件和图形制作软件用于生成和显示用户图形界面 系统基本处理流程为 油井的数据由油井终端负责采集 油井终端上装通讯模块 采集到的数据由通讯模 块送至位于采油厂信息中心的通讯服务器 数据经处理后存入实时数据库 采油厂用户 通过应用服务器获取系统服务 应用服务器访问实时数据库获取数据 由用户发起的操作 如手工召测数据 更改配置等 由应用服务器进行处理 并通 知通讯服务器执行相应的操作 功能功能 系统主要有以下功能 1 数据采集功能 数据定时采集 能够采集各种可以通过通道传递到主站的遥测 遥信 电度及其它 类型的量测数据 系统定时召唤油井终端数据 召唤周期可按功图 电流图和其它量分 别以分钟为单位设置 最小为1 分钟 最大为255 分钟 按需数据采集 采油厂用户终端可在任何时刻请求召唤一口或多口井的数据 通讯控制功能 启动 停止对油井终端的数据采集 切换终端使用的通道等 通道质量监视及故障诊断 通讯流量计算 GPS 对时 接入GPS 时钟信号 定时统一全系统时钟 并向各油井终端发送对时命 令 可支持多种通讯规约 多种通讯通道 添加 删除油井终端 修改终端通讯参数 如地址 通讯规约 数据召唤周期等 修改油井终端参数 如各种报警限值 抽油机冲程 冲次 各传感器量程等参数 并将必要的参数下发到油井终端 2 数据处理功能 事项报警处理功能 系统对模拟量可分别设置报警上 下限 有效上 下限 当数 据越限值时可生成报警记录 可定义报警的音响效果 活给出语音报警提示 事件记录 系统记录所有用户操作 通讯事件和终端报警 数据保存周期可按不同数据类型设置为逢变即存 10 分钟 30 分钟 60 分钟 保 存周期应大于等于采集周期 权限管理 所有系统操作均有授权控制 3 人机界面功能 界面循环显示 授权用户可选择油井 使基本信息界面可自动循环显示 显示时间 可在5 秒 30 秒之间以秒为单位设置 报警发生时 可自动推出报警画面 并伴有声音或语音报警 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 9 页 结合地理位置图显示油井信息 如开 关井 基本运行数据等 结合地理位置图显示与油井相关的电力线路运行信息 如是否停电等 生成各采集参数的时间曲线 显示示功图 功图迭加和并列对比 计算功能 支持常用函数功能 历史数据综合查询及生成报表 遥控启 停井 预留功能 4 系统维护功能 为油井终端维护人员提供手持终端 以便于现场维护 并可在局信息网出现故障时 接收现场的报警信息 5 报表功能 可自定义报表格式 生成EXCEL 报表 应用服务器应用服务器 应用服务器负责接收用户终端的请求 通过访问实时数据库向用户返回所需的数 据 在必要时向通讯服务器发出指令 油井应用服务器包含数据处理软件 命令处理 软件 报警和事件处理软件 安全控制软件 图形制作软件 油井应用服务器软件应 至少提供以下基本功能 1 生成客户终端画面 画面应可以以采油厂地图做背景 按油井的近似地理位置显示油井的基本运行状 态 如是否开井 是否有报警等 鼠标移动到油井位置可弹出信息框 显示油井的基 本运行数据 如电流 电压 回压 温度等 鼠标点击该井转入详细的油井信息画面 提供了显示示功图 查询历史记录 进行功图对比等功能选项 以地图做背景的画面可以方便地进行放大 缩小 平移等操作 图形应在正常缩 放范围内保持不失真 2 安全控制 系统应能对用户采用基于组的权限控制方式 对终端采用基于区域的控制方 式 系统向用户提供以下权限 系统管理 终端管理 控制 浏览 能控制每个 用户对每个终端的访问权限 系统管理员负责注册 修改 新用户 并为用户分配权限 负责维护系统级 参数 包括 生产井缺省轮询周期 生产井缺省保持日期 一般授权用户可以添加 修改 其管辖范围内的终端的配置参数 3 通过查询配电实时数据库 获取配电线路的实时数据显示在地图背景上 使小 队用户可以及时掌握油井供电情况 当发生停井时能更好地分析停井原因 4 数据处理 接收通讯服务器采集的数据 通过配置库中配置的变换参数和报警限值设定 将原始数据转换为工程值 并与报警限值比较 如果需要产生报警 则交给报警和事 件处理软件 5 历史数据存储 可对每个采集点配置历史存储周期 历史存储周期至少可设置为以下两种 逢变 即存 以分钟为单位设置存储周期 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 10 页 6 报警控制 系统可为每种报警定义报警级别 对每个报警级别提供不同的报警效果 如颜色 音响 闪烁等 可为每个报警级别定义自动确认及时间或人工确认 可支持多种报警音响效果 至少包括以下两种 以PC 机的蜂鸣器作为音响效果 使用自定义的wav 文件 7 图形工具 提供绘制用户界面的图形工具 绘制好的图形界面可自动下发到用户终端 8 双机备用系统维护 在系统正常运行时 可随时停止双机备用系统中的任何一台机器而不影响系统运 行 可手动切换主 从机 9 实时 历史数据库维护 提供维护实时 历史数据库的工具 主要是进行数据备份 一般使用数据库自带 工具即可 通讯服务器通讯服务器 通讯服务器主要用于与现场设备通讯 处理在通讯过程中遇到的问题 以向系统 提供有效的数据 通讯服务器软件应具备以下基本功能 1 增 删终端 系统可支持多种类型的终端 至少支持以下两种 抽油机井终端 电泵井终 端 2 配置终端通讯参数 包括通讯规约及属性 系统可支持多种通讯规约 至少支持MODBUS DNP3 0 UDP IP 规约 3 下发终端采集参数 4 按照终端的配置执行与终端的通讯过程和规约处理 系统根据终端的通讯通道和厂家将终端分组 一个组中的终端应 是同一通讯方式同一厂家的产品 一个组最多可容纳20 个终端 与通讯的轮询周期有关 在循检时间到来时 通讯服务器根据终端的分组情况 为每个组建立一个通讯线程 由每个现场负责该组中所有终端的通讯 一个组应使用相同厂家的接口模块 5 对终端进行时间同步 6 将接受到的模拟量进行标度变换 转换为工程值 7 将处理过的数据存入实时数据库 8 通道质量监视 对通道的速率 误码率等指标进行监测 并随时做出统计结果 9 双机热备用 保障系统可靠性 10 接受应用服务器发出的指令 通信通信 DTU 设备技术要求设备技术要求 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 11 页 a 基本功能 通过RS485 直接连接SU 油井数据采集单元实现数据流和指令通信 预留RS232 口或RJ45 接口以备PDA 或手提电脑对DTU 进行配置 带双向协议 实现双向数据传输 具有CRC 纠错和重发机制能实现断点续传 短消息数据备用通道 自诊断与告警输出 抗干扰设计 适合电磁环境恶劣的应用需求 防潮设计 适合室外应用 b 电源和功耗 电压 5VDC 1A 通信中平均 350mA 0 DTX Pmax 空闲时 5mA c 工作环境温度 40 85 d DTU 设备软件的要求 链路层采用PPP 协议 网络层采用IP 协议 传输层采用UDP 协议 对应用层数 据不做任何处理 或者采用数传电台 不需要DTU 数据流量计算数据流量计算 表3 1 数据流量和运营费用计算 以上是依照每个采油厂1800 口油井 200 口电泵井 配电系统500 个测控点和500 个电表为基础计算的 油井基本数据每两分钟轮巡一次 配电FTU 数据每一分钟轮巡一 次 其中包头数据 每次数据上传时 符合TCP IP 协议的包头数据量下行数据 软件 轮巡时所传送的数据量 运营费用 按照每0 03 元 K 计算 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 12 页 数据格式 图3 6 数据格式 DNP3 0 IP UDP PPP 5 个字20 字节8 字节4 字节DATA 3 字节 应用层 网络层 传输层 链路层 井口控制器井口控制器 油井控制器功能 油井控制器功能 检测光杆载荷 位移 电机的电压 电流 井口回压 井口温度等参数 且 具有抽油机启停的远程遥控功能 能够计算电机功率 电量等指标 具有远程设置或组态功能 可以通过RS232 或RS485 接口与通讯设备连接 通讯方式采用轮询 应答模式 提供RS232 现场维护接口 依据井口供电情况 控制器分别适用110 380 660 1140 VAC 25 电压等级 提供备用电源 能保证在断电情况下与监控中心通讯一次 将数据上发 推 荐采用电容做备用电源 油井控制器特点 油井控制器特点 使用工业级组件生产 可靠性高 适用温度范围 40 85 可在恶劣野外环境下工作 控制器与检测元件的安装考虑防盗与防破坏的措施 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 13 页 第二部分第二部分 设备说明设备说明 选用计算机硬件软件的原则为够用 一定时间内不落后 选用油井控制器的原则价 格合理 可靠性高 2 1 厂站端主站软件硬件厂站端主站软件硬件 2 1 1 硬件 根据实现情况配置个人计算机和服务器 包括监控工作站 通信服务器和数据库 服务器 监控工作站选用流行的个人计算机或者工控机 P4 2 0GHz 512M RAM 80G 硬盘 20 英寸显示器或者 17 英寸 LCD 显示器 键盘 鼠标和多媒体套件 配备打印机 一台 通信服务可以选择服务器或者工控机 对机器要求不是非常高 可以灵活配置 数据库服务器选择小型工作组服务器即可 2 1 2 软件 软件主要包括 IO通讯软件 实时数据库软件 报警和事件处理软件 安全控制软件 图形界面 软件和图形开发软件和高层应用软件 由于目前油田各家的规约都不完全一致 选用哪家的井口控制器就要选用哪家的软 件 没有一个公开的标准 我们倡导采用开放的规约和开放的软件 规约我们采用标准 的 MODBUS 规约 软件采用国内专业的组态软件 三维力控的 PCAUTO 3 62 软件包括支撑软件平台 用户界面和高层应用软件 支撑软件平台包括 IO 通讯软件 实时数据库软件 报警和事件处理软件 安全控 制软件 图形制作软件 用户界面指在支撑平台上进行的 IO 通讯组态 人机界面组态 实时数据库组态 报警事件组态 历史数据组态 历史趋势组态 高层应用软件包括 历史数据分析 示功图显示 电流图显示 功率图 无功功率图 功率因数图 抽油机理论示功图 泵效分析等 软件一般包括软件安装 软件组态调试和户化定制的要求 软件安装 组态调试一般需要 2 周到 4 周的时间 客户化定制的工作要根据用户 的要求和工作量来计算时间 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 14 页 2 2 通信设备通信设备 系统通信设备可以选择 GPRS CDMA 的 MODEM 或者是数传电台 GPRS CDMA MODEM 我们可以推荐经过实际应用我们认为比较可靠的产品 支持透 明传输方式 用户也可以选择其他公司的 GPRS 设备 一般推荐厂商 北京计算中心的 MD600 系列 DTU 厦门桑容的 DTU 北京嘉复欣的 DTU 北京万维盈创科技发展有限公司的 DTU 数传电台我们可以推荐经过实际应用我们认为比较可靠的产品 天线天线 对于 GPRS 选择其专用天线 一般有 GPRS 设备厂家提供 对于数传电台应选择全向天线 并作架高处理 通信系统应注意防雷 数传电台一般推荐厂商 日精电台 美国 MDS 电台 深圳固迪电台等 2 3 井口控制器井口控制器 MDS 104SGT 井口控制单元井口控制单元 MDS 104SGT 井口控制单元 具有如下功能 1功图数据采集和数据远传 2井口压力 温度测量 3电参数标准测量值 相电压 UA UB UC 电流 IA IB IC I 平均 功率 PA PB PC P 无功 QA QB QC Q 频率 功率因数 正向有功电度 反向有功电度 正向无功电度 反向无功电度 当日用电量 4控制项目 电机缺相 超载自动停机保护控制 停电自动延时启动控制 抽油机空抽控制 针对老油田油井开采供液不足的空抽节能控制器 规约 MODBUS 工作温度范围 40 85 摄氏度 电源为直流 24V 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 15 页 防盗功能防盗功能 MDS 104SGT 配上红外接近传感器都可以起到防盗作用 告警显示控制模块告警显示控制模块 可以选择易控微网公司的 DDM 3 模块 DDM 3 是我公司为配合本公司产品开 发的显示 设置单元 与本公司产品接口可以采用 MODBUS 规约 ASCII 或者 RTU 方式 由于液晶工作温度的限制 该型号不适合于东北地区和西北地区安装 显示所有的基础测量 可以循环显示 也可停留显示 1 路 RS485 通信接口 支持 MODBUS 规约 1 个 RS232 红外接口 汉字液晶显示 5 个按键 现场仪表现场仪表 温度 压力温度 压力 为了现场安装方便 我们考虑到众多油田的实际情况 我们订制了专业的井口 压力温度传感器和变送器 温度传感器采用工业标准的 PT100 传感器 输出采用两 线制 共 4 根导线 供电采用 12 36V 的电源供电 载荷载荷 我们采用在国内经过检验的供货厂商 位移传感器和变送器 位移传感器和变送器 位移传感器有两种 一种为位置传感器 一种为绝对位移传 感器 位置传感器特点是便宜 安装方便 可靠性高 缺点精度差 因为这种方式是假 设电动机的转动速度是均匀的 绝对位移传感器特点时测量准确 但是安装复杂 价格 昂贵 容易损坏 我们的系统和软件可以保证位置传感器安装在任何位置 只要能够在游梁式抽油机 每个冲刺周期内给出一个脉冲信号就可以了 绝对位移传感器采用倾角传感器 这种传感器可以直接安装在游梁上 通过游梁的 倾角的大小得到与位移线性的输出 误差仅 2 再根据实测的油井的冲程 得到相当 准确的位移 这样就为泵效计算 由示功图计产等应用打下良实的基础 如果用户想得到准确的功图 请用户选用倾角传感器 位置开关的方法假设电动机 转速是均匀的而通过计算获得的位移 而实际应用中 电动机转速不是均匀的 有变化 得到的示功图在位移上可能有较大的误差 一般不会影响功图的形状 但是对于功图的 定量应用 误差较大 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 16 页 2 4 规约说明规约说明 MODBUS 规约规约 MODBUS 规约是 MODICOM 公司开发的一个为很多厂商支持的开放规约 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言 通过此协议 控制器相互之间 控制器经由网络 例如以太网 和其它设备之间可以通信 它已经成为一通用工业标准 有了它 不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络 进行集中监控 此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构 而不管它们是经过何种网络进行通 信的 它描述了控制器请求访问其它设备的过程 如果回应来自其它设备的请求 以及 怎样侦测错误并记录 它制定了消息域格局和内容的公共格式 当在 Modbus 网络上通信时 此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址 识别按地址发来的消息 决定要产生何种行动 如果需要回应 控制器将生成反馈信息 并用 Modbus 协议发出 在其它网络上 包含了 Modbus 协议的消息转换为在此网络上 使用的帧或包结构 这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址 路由路径及错误检 测的方法 标准的 Modbus 口是使用 RS 232C 兼容串行接口 它定义了连接口的针脚 电缆 信号位 传输波特率 奇偶校验 控制器能直接或经由 Modem 组网 控制器通信使用主 从技术 即仅设备 主设备 能初始化传输 查询 其它设备 从 设备 根据主设备查询提供的数据做出相应反应 典型的主设备 主机和可编程仪表 典型的从设备 可编程控制器 主设备可单独和从设备通信 也能以广播方式和所有从设备通信 如果单独通信 从设备返回消息作为回应 如果是以广播方式查询的 则不作任何回应 Modbus 协议 建立了主设备查询的格式 设备 或广播 地址 功能代码 所有要发送的数据 错误 检测域 从设备回应消息也由 Modbus 协议构成 包括确认要行动的域 任何要返回的数据 和错误检测域 如果在消息接收过程中发生错误 或从设备不能执行其命令 从设备将 建立错误消息并把它作为回应发送出去 在其它网络上 控制器使用对等技术通信 故任何控制都能初始和其它控制器的通 信 这样在单独的通信过程中 控制器既可作为主设备也可作为从设备 提供的多个内 部通道可允许同时发生的传输进程 在消息位 Modbus 协议仍提供了主 从原则 尽管网络通信方法是 对等 如果 控制器发送消息 它只是作为主设备 并期望从从设备得到回应 同样 当控制器接收 到消息 它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器 查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能 数据段包含了从设备 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 17 页 要执行功能的任何附加信息 例如功能代码 03 是要求从设备读保持寄存器并返回它们的 内容 数据段必须包含要告之从设备的信息 从何寄存器开始读及要读的寄存器数量 错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法 回应 如果从设备产生正常的回应 在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码 的回应 数据段包括了从设备收集的数据 像寄存器值或状态 如果有错误发生 功能 代码将被修改以用于指出回应消息是错误的 同时数据段包含了描述此错误信息的代码 错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用 控制器能设置为两种传输模式 ASCII 或 RTU 中的任何一种在标准的 Modbus 网 络通信 用户选择想要的模式 包括串口通信参数 波特率 校验方式等 在配置每个 控制器的时候 在 Modbus 网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数 ASCII 模式 地 址 功能代 码 数据数 量 数据 1 数 据 n LRC 高 字节 LRC 低 字节 回 车 换 行 RTU 模式 地 址 功能代码数据数 量 数据 1 数据 n CRC 高字 节 CRC 低字 节 所选的 ASCII 或 RTU 方式仅适用于标准的 Modbus 网络 它定义了在这些网络上连 续传输的消息段的每一位 以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码 在该系统中 我们仅仅支持在该系统中 我们仅仅支持 RTU 的帧格式 的帧格式 每个字节的位每个字节的位 1 个起始位 8 个数据位 最小的有效位先发送 1 个奇偶校验位 采用偶校验 1 个停止位 错误检测域错误检测域 CRC 校验 地址域地址域 消息帧的地址域包含两个字符 ASCII 或 8Bit RTU 可能的从设备地址是 0 247 十进制 单个设备的地址范围是 1 247 主设备通过将要联络的从设备的 地址放入消息中的地址域来选通从设备 当从设备发送回应消息时 它把自己的地址放 入回应的地址域中 以便主设备知道是哪一个设备做出回应 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 18 页 地址 0 是用作广播地址 以使所有的从设备都能认识 当 Modbus 协议用于更高水准的网 络 广播可能不允许或以其它方式代替 功能域功能域 消息帧中的功能代码域包含了两个字符 ASCII 或 8Bits RTU 可能的代码范围 是十进制的 1 255 当然 有些代码是适用于所有控制器 有此是应用于某种控制器 还有些保留以备后用 当消息从主设备发往从设备时 功能代码域将告之从设备需要执行哪些行为 例如 去读取输入的开关状态 读一组寄存器的数据内容 读从设备的诊断状态 允许调入 记录 校验在从设备中的程序等 当从设备回应时 它使用功能代码域来指示是正常回应 无误 还是有某种错误发生 称作异议回应 对正常回应 从设备仅回应相应的功能代码 对异议回应 从设备返 回一等同于正常代码的代码 但最重要的位置为逻辑 1 支持主要功能码 Read Coil Status Read Input Status Read Holding Registers 读保持寄存器 Read Input Registers 读输入寄存器 Force Single Coil 设置单个继电器 Preset Single Register 设置单个保持寄存器 Force Multiple Coils 设置多个线圈 Preset Multiple Registers 设置多个保持寄存器 Read General Reference 读文件 Write General Reference Mask Write 4X Register Read Write 4X Registers 读写保持寄存器 Read FIFO Queue 读 FIFO 队列 我们采用 MODBUS 规约是因为该规约支持厂商众多 完全开放 不需要向第 3 方 支付费用 详细内容请参考 MDS 104SGTSGT 用户手册内容 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 19 页 第三部分第三部分 系统安装系统安装 考虑用户使用和安装的方便 我们把系统分为两个部分 其中一部分为转接端子箱 个头很小 主要用于导线的转接 载荷传感器 位置开关信号 或者倾角传感器 井 口压力 井口温度等 通过转接箱 接入到 IP55 防护的 RTU 箱中 RTU 箱中包括 隔离变压器一台 开关电源一台 通讯设备一台 数传电台或者 GPRS CDMA 等 小型空气开关一个 MDS 104SGTSGT 远程终端 RTU 一台 端子若 干 按照用途分组 参见 0 井口控制器图 安装整体分为如下几个部分 RTU 机箱的安装 RTU 机箱一般安装在电动机控制柜附近 也可以焊接在电动机控制柜上 一般安装在由角铁焊接的架子上 架子埋在土中 架子可以根据用户的要求用 水泥混凝土做基础 图表 1 转接箱的焊接 转接箱焊接在井架上 载荷传感器的安装 载荷传感器安装需要停井 需要人员的配合 对于开口型载荷传感器卡在 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 20 页 抽油杆上 对于圆柱型需要套在抽油杆上 载荷传感器的位置在悬绳器和 发卡之间 载荷 安装 位置 井口压力 温度安装 位置 图表 2 位置开关或者倾角传感器的安装 位置开关包括位置开关支架的焊接和接近开关凸块的焊接 首先找到 一个抽油机配重臂可以经过的位置 而且要方便焊接 焊上位置开关支架 支架边缘距离配重臂要保证在 90mm 左右 误差 10mm 以内 把凸块的安 装螺丝焊接在配重臂与接近开关的相交的位置 拧上凸块 位置开关 支架焊接 位置 图表 3 倾角传感器安装底座焊接在游梁上 把倾角传感器用螺丝固定在安装底座上 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 21 页 保证倾角传感器可以随游梁倾角变化即可 如下图 图表 4 井口压力温度的安装 对于部分井 仅仅需要把采油树的一个堵头拧下 换上一体化的井口压力 温度变送器就可以了 对于有的油井 可能需要用气割割开油管 焊上一段可 以安装有压力温度变送器的油管 参见载荷安装图上标注 电流互感器的安装 电流互感器是小型的 150A 100A 50A 5A 或者 150A 100A 50A 1A 的标准电流互 感器 只要把系统进线穿过互感器即可 没有选用开口型互感器的原因是开口型 的精度和角差较差 而且开口面锈蚀后 根本无法保证精度 系统接线 电缆穿铝塑管埋入地下 或者选用铠装电缆直接埋入地下 载荷传感器的线 要专门处理 否则长时间可能会导致断线 系统接线包括 传感器接线 电源接线 电压接线 电流接线和通讯系统接 线 接线时请严格按照井口控制器所附的接线图接线 接线完成后 请仔细检查 确认无误后方可通电 由于接线错误导致的烧毁或者故障不在保修之列 系统调试 接线完成后 接通电源 系统运行正常后 可以用我们的测试软件或者系统 软件对其进行测试和设置 主要包括 载荷数据是否有 是否在变化 是否正确 温度压力数据是否有 是否在变化 是否正确 接近开关在配重臂旋转到其位置 时是否有正确输出 指示灯闪亮一次 不亮或者闪亮多次均为故障 倾角传感 器数据是否有 是否在变化 是否正确 电压数据是否有 是否正确 电流数据 是否有 是否在变化 是否正确 功率数据是否有 是否变化 是否正确 如果 个别相功率为负 请仔细查找接线 负序电流是否有 如果有 肯定电流互感 器接线有错误 请查找 如果数据都正确 通讯也正常 就可以到中心站进行组态了 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 22 页 第四部分第四部分 系统服务系统服务 我们可以根据用户不同层面的需求 提供不同层面的服务包括 系统售前咨询 系统售前的技术支持 技术方案的拟订 传感器的选型采购 井口 控制器供货 系统的集成 安装前的实地勘查 系统的安装调试 用户画面的组态 井 口控制器的安装调试 售后服务等 售前技术咨询 电话免费支持 售前技术支持 用户支付差旅费和相关费用 公司按照人天收取费用 技术方案制定 免费支持 传感器选型采购 用户需要支付全部货款和采保费用 系统集成 用户需要支付相应的集成费用 安装前的实地勘查 用户支付差旅费和相关费用 公司按照人天收取费用 系统安装调试 用户支付差旅费和相关费用 公司按照项目大小难易收取费用 售后服务 按照系统的总金额的百分比收取费用 用户几种合作方式 1 购买井口控制器自己集成 2 我们提供井口控制器 传感器 用户自己安装和售后服务 3 我们提供井口控制器 传感器 我们负责安装调试和售后服务 第五部分第五部分 系统报价系统报价 请和我们销售部门联系 010 68703353 夏先生 QQ 10815405 msn xiahj 第六部分第六部分 业绩业绩 整套系统通过合作伙伴 已成功运行于胜利油田 大庆油田 辽河油田等 油 井控制器在全国各大油田运行近两千套 并批量出口哈萨克斯坦百余套 产品和系统的 高可靠性 稳定性 开放性得到了合作伙伴的认可 在油田正在得到越来越多的推广 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 23 页 第七部分第七部分 附录附录 6 1 油井专用控制器油井专用控制器 MDS 104SGT 功能功能示意图示意图 100V 220V 1140V 三相交流电压和 5A 1A 三相交流电流输入 测量以下 电参量 三相电压 三相电流 三相有功功率 三相无功功率 三相总有功功率 三相总无功功率 功率因数 电网频率 三相零序电流 积分电度 电流曲线数据 功率曲线数据 3 路开关量输出 DO DO1 电机启动 DO2 电机停止 DO3 星三角切换 DO4 报警 6 路开关量输入 DI 带 SOE 或脉冲累计输入 PI DI1 PI1 电机启停状态 DI2 PI2 防盗报警 DI3 PI3 脉冲电度输入 DI4 PI4 DI5 PI5 DI6 PI6 4 路模拟量隔离输入 AI 0 20mA 0 5V AI1 角位移变送器 AI2 载荷变送器 AI3 压力变送器 AI4 温度变送器 功图曲线数据 启动电流保护 超载保护 欠压保护 过压保护 零序电流保护 负序电流保护 欠载保 零序电压保护 接文本显示器 无线电台或 GPRS 模块 MODBUS RTU 协议 MODBUS RTU 协议 隔离的 232 485 接口 隔离的 232 接口 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 24 页 6 2 MDS 104SGT 功能介绍功能介绍 具有三相异步电动机多种保护功能 启动电流保护 超载保护 欠压保护 过压保 护 零序电流保护 负序电流保护 欠载保护 零序电压保护 测量功图数据 载荷和角位移 测量电流曲线图数据和功率曲线图数据 测量抽油井井口压力和温度 测量三相 或三路 电压 三相 或三路 电流 三相 或三路 有功功率 三相 或三路 无功功率 三相总有功功率 三相总无功功率 频率 功率因数 积分电度 零序电流 等 数据刷新速度快 电压 电流 功率精度 0 5 电压测量范围 0 100V 220V 1140V 电流输入交流 0 5A 1A 电压电流经内部小互感器隔离输入 4 路开关量继电器隔离输出 触点容量 250VAC 5A 30VDC 5A 作为启动 停止 告警 6 路开关量光电隔离输入 可兼作脉冲输入 可测脉冲电表输出 带 SOE 事件记 录 功能 隔离的两路 485 或 232 MODBUS RTU 通讯协议 贴片安装 无外部总线 较高的 EMC 性能 防潮 防尘 防腐三防处理 工作温度 40 到 85 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 25 页 6 3 MDS 104SGTSGT 尺寸图尺寸图 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 26 页 6 4 MDS 104SGT 交流计算原理交流计算原理 MDS 104SGT 可以直接接入交流信号 经过交流采样后 通过数学模型计算电压 电流 功率 无功 功率因数 有功电度 无功电度等 具体原理如下 数据采样 把输入波形进行采样 每个周波 32 点 得到各相的电压电流波形 如下图 通过 FFT 算法得到各次谐波 再根据数学原理 计算交流参数如电压 电流 功率 等 这样 省去了变送器 提高了系统的精度 而且可以计算交流电的功率 无功等 还可以计算各相间的向量关系 6 5 电动机保护原理电动机保护原理 MDS 104SGT 本身包括电动机保护功能 主要包括 不平衡保护 负序过流 当电动机的负序电流超过电流定值 时间超过设置值时跳闸 负序电流时不平衡和 缺相的特征量 正常没有 缺相很大 所以保护非常灵敏 不但可以保护低压回路的缺 相 而且可以保证在高压供电线路缺相时 可靠跳闸 避免烧毁电机 实践表明对于油 田的比较差的供电环境是很有作用的 可以有效避免电动机烧毁 I A I B I C U A U B U C 接线图采样 计算 U A 0 U A 1 U A 15 I A 0 I A 1 I A 15 U B 0 U B 1 U B 15 I B 0 I B 1 I B 15 U C 0 U C 1 U C 15 I C 0 I C 1 I C 15 FFT U A U B U C I A I B I C P A PB PC Q A Q B Q C P Q C O S FR EQ I 1 I 2 I 0 抽油井远程监控 SCADA 系统 V1 6 北京易控微网科技有限公司 第 27 页 接地 零序过流 保护 主要用于电动机金属性接地故障的保护 不能作为人体触 电保护 启动时间过长保护 堵转保护 用于电动机无法启动或者卡死的保护 反时限过载保护 非常反时限 极端反时限 热方程 根据严格的数学和物理模型实现 可以有效避免误动和拒动 欠压保护 过压保护 零序电压保护 故障范围判别 在油田行业使用不是很普遍 电动机空载告警 主要用于电动机皮带断带或者电动机传动装置脱落的告警 对方便生产很有帮助 我们的保护特征量是电动机功率 只要把定制整定时间超过 1 个冲刺周期就不会误报 在油田主要用于电动机皮带断脱报警 皮带断脱后抽油机停止工作 可能导致的结 果是油管堵塞 对于稠油井 如果没有及时发现 可能需要作业 才能恢复正常的生产 直流模拟量保护功能 MDS 104SGT 有 4 路直流模拟量输入 每路模拟量都可设置定值和时间定值 只要 模拟量超过定值和时间超过时间定值 跳闸停机 这种功能主要用于井口压力和储油罐液位保护 当油管堵塞时 井口压力会上升到很大的值 可能会导致非常严重的事故 MDS 104SGTSGT 的直流输入 如果接上井口压力变送器 设置好两个定值 一旦出现上述 情况 就会跳闸停机 避免事故发生 储油罐的液位如果超过的罐高 就会出现原油外溢的情况 不但会损失原油 而且 会导致原油污染土壤和水源 MDS 104SGTSGT 的直流输入 如果接上液位变送器 设 置好两个定值 一旦出现上述情