油田数字化自动采油控制系统.doc

油田数字化自动采油控制系统油田数字化自动控制系统随着电子技术和通信技术的发展，“数字化油田”建设已取得了丰硕的成果，为油田节能降耗做出了重大贡献。数字化是将复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再为这些数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列代码，引入计算机内部，进行统一处理。由于石油开采的主要设备大量分布在野外或海上。采油单井和井排都比较分散。为了提高采油效率，保障安全生产，需要采集各个井、站、管线等生产基本单元的设备工作过程实时数据，如温度、压力、流量、油罐的液位和储油量、电压、电流、示功图等。为了使采油厂的生产管理调度部门及时掌握一线生产情况，必须将数据及时上传。但工作现场环境恶劣，无法昼夜值守，又无通讯线路，因此，给生产管理带来极大不便。“油井数字化自动控制系统”是我公司针对油田采油区的实际情况，精心打造的有杆泵远程遥测、自动控制管理系统。本系统具有安全可靠、操作简单、维护方便，可适应恶劣环境等特点。为油田公司节省大量的人力物力，大大提高油田的生产效率。本系统软件、硬件均为我公司自主研发、生产，应用嵌入式设计模式。系统由CEYC-J4集散控制器、通讯系统、软件系统三部分组成。系统结合了采油工程技术、自动化仪表技术、通信技术和计算机技术，具有油井自动控制、实时示功图、压力、温度、电参数等数据采集、液量计量和历史数据查询等功能。系统能够在无人值守的情况下实现油井的远程实时监控，实现完整的生产数据统计分析，及时掌握油井的动态变化，提高油田生产效率，保证安全生产，增加经济效益。系统集计算机软件技术、网络技术、无线通信技术、数据采集、控制、存储技术及先进的传感器技术术为一体。人性化界面设计，能迅速定位至各个关键界面，相关界面采用分级操作机制，方便员工进行操作。一、系统结构整个系统从整体上可分为三个部分：1、监控中心（上位机部分）。2、通信网络部分（采用GPRS和ZigBee相结合的方式）。3、现场采集、控制部分（下位机部分）。1.1、 GPRS技术及其特点GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于Internet连接、数据传输等应用。它采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS能将数据打包发送，允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，只有在资料需要传送时才会占用频宽，且传输时按量计价，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输，对于用户来说比较经济合理。在本系统中使用GPRS技术传输，实现数据分组发送和接收。能永远在线并且只按传输流量计费，较大幅度地降低服务成本。1.2、 ZigBee技术及特点ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点：低功耗：这是ZigBee的一个显著特点。由于工作周期短、收发信息功耗较低、以及采用了休眠机制，ZigBee终端仅需要两节普通的五号干电池就可以工作六个月到两年。低成本：协议简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZigBee的成本，而且ZigBee协议是免专利费的。时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。数据传输的可靠性由于ZigBee采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，从而避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，保证了节点之间传输信息的高可靠性。2、采集、自动控制CEYC-J4集散控制器是基于单片机的嵌入式智能仪表，它集自控、数/模采集转化、无线通讯、自动对时的实时时钟为一体。是我公司最新型号的智能控制仪表之一。（控制器端子图）现场采集单元：1、 载荷、位移。采用载荷、位移一体化便携式传感器。载荷测量范围为：0-150KN，灵敏度1.0mv/v0.1%；位移误差：m0.5%。通信方式：GPRS或ZigBee无线传输。2、 井口压力：油压、套压、温度。（有线或无线）3、 三相电压、电流、电功率等。4、 储油罐液位、管线流量等。（有线或无线） 采集、控制部分安装在密闭的箱体内，达到防水、防尘的效果。操作分为本地操作和远程操作：专业人员可在现场用便携式电脑对设备进行设置，也可通过远程无线通信完成设置。其职能控制部分根据现场电网情况而定。 （采集部分示意图）3、上位机（软件部分）本软件是针对油田生产而开发的集数据采集显示、数据分析存储、超限报警、辅助管理、WEB发布功能的专用一体化系统。系统设计遵循“简单实用、经济高效”的原则，软件自动化程度高，实时采集、实时计算、实时发布。系统实现了油井生产的自动控制、油井历史数据的查询和油井运行监控，油井生产状况、功图、产液量曲线展示，实现单井生产信息的数字化处理。油井的示功图、产液量、压力等生产数据可以随时提取，管理人员可以及时发现油井的异常情况并采取措施。软件系统的设计以简化地面计量流程和提高系统效率为目标，是油田自动化和生产分析设计工作有机的结合，从而为油田地面工艺系统的优化设计提供强有力的技术支撑。 （数字化自动控制系统拓扑图）二、 功能1，实时监测抽油机示功图、位移。2，抽油机井口数据采集包括：油压、套压、温度。3，抽油机电机电力参数采集包括（A、B、C三相都可选择）：最高电压、最低电压、平均电压、最大电流、最小电流、平均电流、平均功率、有功功率、无功功率、功率因数、视在功率日耗电量等。4，抽油机实时状态检测和告警包括：设备门禁、启/停机、上/断电、非法入侵、欠压、过流、过载、缺相告警等。5， 远程监控管理：通过GPRS远程遥控管理抽油机启停、实时 反馈需要的抽油机生产数据，真正实现远程动态管理生产设备。6，抽油井数据采集包括：瞬时载荷、最大载荷、最小载荷、平均载荷、最大电流、最小电流、冲次等。可定时和实时采集，采集数据图形化，清晰明朗便与分析。7， 历史数据查询：采集数据实时保存，可随时查询油井的工作参数，记录抽油井日流量情况，并提供时段查询，8， 抽油机巡更管理，根据采油厂要求定时巡监，系统在线记录巡更情况。9， 抽油机安全运行管理包括：非法来人提示、供电过载、过流、过压、欠压、缺相等异常情况自动停机保护，恢复供电或启动时自动延时开机，减少电网冲击力，免除对电网和电机造成损坏。10， 统计和分析功能：根据采集的抽油机数据，计算抽油机日工作效率，分析抽油机的平衡状态，判别抽油机的工作状态，分析出抽油机间抽时段。11， 生产数据管理：自动记录所有油井的生产数据、故障情况与告警、计算和分析数据，并产生报表及打印输出。12， 用户权限管理：根据用户要求，把系统分为三个等级用户类型，即一般用户、操作员、管理员，分别授予不同的权限，以确保系统的安全性，为一线油井生产管理提供决策依据。13， 软件界面友好，操作简单方便。三、 特点1， 工程易实施、易维护：采用无线GPRS通讯技术，无需铺设电缆，安装简单。2， 监控范围光、易于扩展、容量大：由于GPRS网络的大范围覆盖，可实现由现场监控点到监控中心的实时监控，通过众多信息的的集中处理，实现全厂（或全油田）油井现场设备的远程监控、集中管理以及动态维护的强大功能。任一新建的油井可以随时纳入井网的监控对象，监测点数量没有限制。3， 实时监控、响应及时：任一油井发生停机或停电一场突发事件，立即送达监控中心，进行语音通知和画面推出等多媒体报警，并将需告警的信息以短信的方式通知相关人员。用户关心的数据随时请求或按设定时间定时采集，确保实时了解油井工况。4， 保安全、降成本：每当电网或发生任何异常故障时，系统监控设备会实时产生保护，避免损害设备。并可以根据油井运行情况，设置间抽时段，降低能耗，同时系统可以实现无功补偿，提高有功利用率，进而降低生产运行成本，提高系统安全性。5， 最佳的性价比：强电配电和弱电控制管理的完美结合，提高工作效率和生产效率。6， 最优的售后服务：公司有一支技术强硬、素质较高的售后服务团队，随时为广大用户提供服务。软件界面系统启动界面电能数据采集：实时采集抽油机电能数据，参数采集包括（A、B、C三相）电压、电流、功率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、日耗电量等。电能数据界面抽油机状态检测和告警包括：设备门禁、启/停机、上/断电、非法入侵、欠压、过流、过载、缺相告警等。报警界面远程监控管理：通过GPRS远程遥控管理抽油机启停、实时反馈需要的抽油机生产数据，真正实现远程动态管理生产设备。可以对抽油机编制运行计划后下发到设备后自动运行。抽油井模拟量采集包括：电压、电流、压力、流量、温度、载荷、位移、液位等。可定时和实时采集，采集数据图形化，清晰明朗便与分析。模拟量采集图数据曲线图历史数据查询：采集数据实时保存，可随时查询油井的工作参数，记录抽油井日流量情况，并提供时段查询。历史数据查询生产数据管理：自动记录所有油井的生产数据、故障情况与告警、计算和分析数据，并产生报表及打印输出。报表界面用户权限管理：根据用户要求，把系统分为三个等级用户类型，即一般用户、操作员、管理员，分别授予不同的权限，以确保系统的安全性，为一线油井生产管理提供决策依据。高效的WEB发布功能：无论企业内部局域网还是互联网都可以实时发布数据。网页浏览本系统是包含生产过程自动化、生产安全监视监