油田供水公司SCADA監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

蔡昌新,吳 欽 (長江大學(xué)電子信息學(xué)院,湖北荊州434023)

焦長帥 (東方地球物理公司遼河物探分公司,遼寧盤錦124010)

長期以來,油田供水公司的生產(chǎn)單元非常分散,大量的水源井、水源站、用戶和龐大的給水、供水管網(wǎng)分散在整個市區(qū)和油田礦區(qū)內(nèi);采用原始的人工抄表、人工巡檢的方式,導(dǎo)致數(shù)據(jù)監(jiān)測、匯總和應(yīng)急處理的嚴(yán)重滯后,導(dǎo)致油田供水公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)的自動化、信息化水平較低,不能適應(yīng)企業(yè)快速發(fā)展的要求[1]。為此,為提升供水公司生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度指揮能力,保障設(shè)備、管網(wǎng)安全運(yùn)行,提高工作效率,筆者根據(jù)油田實(shí)際情況建立生產(chǎn)運(yùn)行遠(yuǎn)程實(shí)時測控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和功能

根據(jù)油田的實(shí)際情況,設(shè)計的的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)以供水公司機(jī)關(guān)為核心節(jié)點(diǎn),建立生產(chǎn)調(diào)度指揮中心,由水源井運(yùn)行測控、自來水廠運(yùn)行監(jiān)測、供水管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測、大用戶抄表計量等4個子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、管網(wǎng)地理信息子系統(tǒng)等幾部分組成。傳輸方式根據(jù)各子系統(tǒng)的特點(diǎn)采用GPRS、光纜或?qū)拵ЬW(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)[2-3]。系統(tǒng)主要解決供水公司生產(chǎn)過程自下而上的信號采集、傳輸和實(shí)現(xiàn)自上而下的控制和管理,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化以及管理信息化,從而實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)約用水,創(chuàng)建現(xiàn)代節(jié)水型供水企業(yè),實(shí)現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。

2 測控系統(tǒng)功能

2.1 數(shù)據(jù)采集功能

該系統(tǒng)首先可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)定時采集,主要是遠(yuǎn)程監(jiān)測中心可通過無線數(shù)傳通道定時向所有現(xiàn)場測控單元發(fā)出監(jiān)測命令,實(shí)現(xiàn)對所有監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測。水源井監(jiān)測數(shù)據(jù)包括電流、電壓、流量、累積水量和井下水位。水源站監(jiān)測數(shù)據(jù)包括清水池液位、單井來水流量、外輸流量、壓力、外輸壓力報警、水泵電機(jī)電流。供水管網(wǎng)測壓點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)包括壓力及壓力上、下限報警。用戶水表監(jiān)測數(shù)據(jù)包括流量、累積水量、壓力、交費(fèi)情況,根據(jù)用戶交費(fèi)情況控制供水閥門的開關(guān)。另外,該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)按需數(shù)據(jù)采集,遠(yuǎn)程生產(chǎn)調(diào)度指揮中心可在任何時刻請求召喚任一個或多個監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。所具有的通訊控制功能包括啟動、停止對水源井和其他終端的數(shù)據(jù)采集、切換終端使用的通道等;通道質(zhì)量監(jiān)視及故障診斷,通訊流量計算;也可以支持多種通訊規(guī)約、多種通訊通道;添加、刪除水源井和其他監(jiān)測終端,修改終端通訊參數(shù),如地址、通訊規(guī)約、數(shù)據(jù)召喚周期等;修改測控終端參數(shù),如各種報警限值等,并將必要的參數(shù)下發(fā)到測控終端。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)處理功能

該系統(tǒng)對模擬量液位、壓力等可分別設(shè)置報警上、下限和有效上、下限,當(dāng)數(shù)據(jù)越限值時可生成報警記錄,并且能保存報警記錄;數(shù)據(jù)保存周期可按不同數(shù)據(jù)類型設(shè)置為逢變即存10、30、60min保存周期;另外,所有系統(tǒng)操作均有授權(quán)控制,軟件系統(tǒng)設(shè)定管理者權(quán)限,公司領(lǐng)導(dǎo)擁有所有訪問、查詢和控制權(quán)限,生產(chǎn)協(xié)調(diào)科擁有數(shù)據(jù)訪問、統(tǒng)計、打印輸出權(quán)限,技術(shù)科擁有與生產(chǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)查詢權(quán)限,營業(yè)中心擁有用水戶資料查詢權(quán)限,以上權(quán)限還可以根據(jù)公司意見設(shè)定和更改。

3 水源井測控系統(tǒng)基本架構(gòu)

水源井運(yùn)行測控子系統(tǒng)分為2個部分:現(xiàn)場測控單元和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心 (見圖2)。水源井泵房與水源站儲水罐的各種運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)由現(xiàn)場測控單元采集獲得,然后經(jīng)過GPRS無線數(shù)傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心,進(jìn)行各種顯示、處理以及發(fā)布。

圖2 水源井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 現(xiàn)場測控單元

現(xiàn)場測控單元分為水源井泵房專用數(shù)據(jù)測控箱和水源站儲水罐用的通用型數(shù)據(jù)測控箱2種,每種測控箱都包括無線通訊及現(xiàn)場的測控RT U以及相應(yīng)的供電、防浪涌等設(shè)施。

水源井泵房測控單元實(shí)現(xiàn)對一臺潛水泵的綜合測控和保護(hù),功能包括潛水泵的電力測量、接觸器故障檢測、井下液位測量、流量測量、水壓測量以及電力智能保護(hù)等,具有高可靠性,較寬的工作溫度范圍,較高的防雷防浪涌能力,較高的電磁抗干擾能力。在水源井泵房安裝水泵電控箱和水源井泵房專用數(shù)據(jù)測控箱。水泵電控箱內(nèi)部電氣結(jié)構(gòu)與普通電控箱基本相同,增加遙控信號控制繼電器和監(jiān)測供電電源的電壓、電流采集線路接口、定時器等設(shè)備。

水源站測控單元使用通用型數(shù)據(jù)測控箱,它包括無線通訊及現(xiàn)場的測控RT U以及相應(yīng)的供電、防浪涌等設(shè)施。每個水源站使用1個通用型數(shù)據(jù)測控箱可以實(shí)現(xiàn)對1～2個儲水罐的壓力、液位、進(jìn)/出口流量和壓力的監(jiān)測,并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到供水公司生產(chǎn)調(diào)度指揮中心,并與其下轄的水源井運(yùn)行數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián),保證儲水罐內(nèi)水位正常。

3.2 水源井與儲水罐的邏輯控制

圖3 水源井與儲水罐邏輯控制示意圖

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,水源井與儲水罐的距離遠(yuǎn)近不等,最近的只有50～60m左右,最遠(yuǎn)的大于1500m,工控系統(tǒng)中傳感信號有線連接可靠傳輸距離最遠(yuǎn)小于500m左右,而且還受到地理環(huán)境限制,施工維護(hù)很困難,原則上超過100m的現(xiàn)場建議不采用有線連接,只能采用無線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴a(chǎn)調(diào)度指揮中心,通過中控系統(tǒng)的軟邏輯功能實(shí)現(xiàn)兩者之間的邏輯控制[4-5]。圖3是水源井與儲水罐之間的邏輯控制示意圖。其邏輯控制是:①一級命令,即小于100m的現(xiàn)場。如果勘察現(xiàn)場水源井與儲水罐的距離小于100m,且符合有線施工條件的,可以在儲水罐安裝可設(shè)定高、低限位的液位計,將高、低限報警開關(guān)信號通過直連線路送到水源井泵房專用數(shù)據(jù)測控箱中的 RT U,經(jīng)判別后輸出信號到電控柜控制潛水泵開停機(jī)。②二級命令,即大于100m小于1000m的現(xiàn)場。在儲水罐安裝超聲波液位計或壓力變換器,將儲水罐液位數(shù)據(jù)或壓力數(shù)據(jù)經(jīng)通用型數(shù)據(jù)測控箱采集后,通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到供水公司生產(chǎn)調(diào)度指揮中心,利用中控系統(tǒng)的軟邏輯功能判別后,將控制信號再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到水源井泵房專用數(shù)據(jù)測控箱中的RT U,輸出信號到電控柜控制潛水泵開停機(jī)。③三級命令,即大于1000m的現(xiàn)場,根據(jù)現(xiàn)場潛水泵的功率、輸水管線線徑以及儲水罐的容量,調(diào)整電控柜內(nèi)的定時器,使其在工作一段時間后,自行斷電停機(jī),以避免因無線路由障礙導(dǎo)致開機(jī)后無法及時停機(jī),杜絕浪費(fèi)電能和水資源的現(xiàn)象發(fā)生。

4 系統(tǒng)監(jiān)控中心要求及功能

系統(tǒng)監(jiān)控中心一方面滿足供水公司整個流程的實(shí)時監(jiān)控功能,另一方面滿足日常數(shù)據(jù)的報表與數(shù)據(jù)發(fā)布等。因此,設(shè)計的系統(tǒng)具有細(xì)膩的圖像和逼真的動畫顯示;功能齊全的數(shù)據(jù)采集界面;報警發(fā)生時,可自動推出報警畫面;生成各采集參數(shù)的時間曲線、歷史數(shù)據(jù)綜合查詢及實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、報表的生成及打印、WEB發(fā)布、以及遙控啟、停井等。

5 結(jié) 語

供水公司SCADA系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用,能夠極大的提高企業(yè)的生產(chǎn)和服務(wù)的自動化水平,是實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動化和信息化的基礎(chǔ),在生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。該系統(tǒng)的實(shí)施能極大的提升供水公司生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度指揮能力,保障設(shè)備、管網(wǎng)安全運(yùn)行,提高工作效率;大量減少員工工作強(qiáng)度,大量減少因巡井、巡線產(chǎn)生的交通費(fèi)用。

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