基于光纖的油區接轉站遠程集中監控系統解決方案

于玉珠 魏偉 王鵬

[摘 要] 為了提高油田生產的自動化程度，保障安全，降低運行成本，設計出一種接轉站遠程集中監控系統。該系統利用光纖通信技術實現監控信息遠程傳輸和集中監控。在接轉站，電信號轉換為光信號通過光纜傳輸到監控中心，同時把接收的光信號轉換為電信號對設備進行控制；在監控中心，將接收的光信號轉換為電信號在中心監控系統中處理，同時把控制信號轉換為光信號傳輸至接轉站。該系統實施后，實現了接轉站無人值守，節約了運行成本，提高了油田生產的安全性，油田生產綜合效益明顯提高。

[關鍵詞] 數字油田；自動化；光纖通信；監控中心；數據傳輸

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 02. 035

[中圖分類號] F272.7；TE9 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）02- 0067- 03

1 引 言

數字油田[1]是新疆油田公司發展目標之一，是近幾年建設的重點，新疆油田正由數字化向智能化管理邁進。

風城油田重32井區是新疆油田公司重點產能建設區塊。位于準噶爾盆地西北邊緣，距克拉瑪依約110km，距烏爾禾城區約10km，屬沙丘戈壁區域，風沙比較大，全年溫差大。現有特稠油聯合站1座、接轉站10座、SAGD先導實驗區（13口觀察井、4口生產井、4口注汽井、2套等干度分配設備）中控室1座。目前10座接轉站內的站控系統僅在每個站內獨立運行，各站之間及對外無數據傳輸通道，重32井區中心監控室監控系統未建立，特稠油聯合站有油網接口。1#接轉站、2#接轉站、3#接轉站、4#接轉站、重32井區中心監控室和特稠油聯合站在一區域內且相互可視；5#接轉站、6#接轉站在一區域內且相互可視；7#接轉站、8#接轉站、9#接轉站、10#接轉站在一區域內且相互可視；SAGD先導實驗區（中控室）在一區域內。此4個區域之間不可視，且前3區域之間有山丘隔離，SAGD先導實驗區所在一區域與重32井區中心監控室所在區域之間為沙丘隔離。

2 需求分析

重32井區已投入正常運行生產，為了提高油田生產安全、便于集中管理、提高效率和數字化油田的要求，要對該井區接轉站的站控系統進行數據采集并遠程傳輸匯集后進行遠程集中監控，需組建完整、高效、實時、穩定的遠程集中監控系統。

根據重32井區的規劃和實際生產的現狀，本次主要要完成10座接轉站站控系統的數據現場采集、10座接轉站至中心監控室的數據遠程傳輸通道的建設、中心監控室至1#特稠油聯合站的數據傳輸通道的建設、重32井區中心監控室的建設，系統要考慮以后的音頻、視頻、數據等業務的可擴展性。

3 指導思想

利用單模光纖作為傳輸媒介[2]，采用快速以太網方式實現遠程接轉站與監控中心的數據通信，前后接口界面要清楚、標準，系統要具有一定的可擴展性，同時設備配置要考慮到后期發展的一定需求。

4 方案描述

重32井區接轉站遠程集中監控系統主要由接轉站數據采集[3]部分、井區數據傳輸部分、中控室監控部分、中控室遠程接入與數據遠傳4大部分組成。各部分既獨立又相互聯系，獨立是指各部分是一個相對獨立的完整的系統（接轉站數據采集系統、井區數據傳輸系統、中控室監控系統、中控室遠程接入與數據遠傳系統），相互聯系是指此4個部分之間有共同的數據流，使用標準的數據接口使四者成為一個統一的整體。

根據現場實際勘察和與用戶溝通以及風城的實際情況，經組織相關技術人員分析與研究提出了兩套方案，一套為基于光纖的有線方式，一套為基于網橋的無線方式。

光纖方式優點：工作穩定，受外界干擾比較小，特別是電磁干擾、氣候環境干擾；數據帶寬大，采用星型連接，每站都可以達到百兆；一次性投資，后期無租用費；使用周期長，地埋光纜最低可使用20年；可擴展性大，采用標準的快速以太網接口，便于其他設備接入；維護量小，由于地埋，幾乎不需要維護。光纖方式缺點：施工工作量大，要挖溝填溝、熔接光纖；施工成本高，施工工序多，人工費高；對現場施工環境要求高，開挖溝，作業面大；容易受人為施工破壞，其他施工作業容易挖斷光纜。

無線網橋方式優點：施工工作量小，不需布線和挖溝；施工成本低，施工工序少，成本低；對現場施工環境要求低，不需大面積作業；不容易受人為施工破壞，施工容易破壞有線。無線網橋方式缺點：受外界干擾比較大，特別是電磁干擾；數據帶寬相對較小，無線工作帶寬為11M、22M、54M、108M，中繼段共享帶寬；有頻率占用費，頻率功率大，無委會要收費用；可擴展性相對較弱，無線接入標準多，信號差異大；容易受風沙影響，主要是對天線和室外設備；維護量大，天線容易被風吹改變方向。

通過對以上兩種方式的比較分析，結合形成實際環境，選擇光纖傳輸方式。

該系統主要由10個接轉站的網絡交換機、光纖收發器，沿途的光纜線路，監控中心的機架式的光纖收發器、網絡交換機、數據庫服務器、監控站、UPS、打印機等硬件組成。軟件方面主要是在監控中心要運行的數據庫管理軟件、組態軟件、數據采集軟件、操作系統軟件以及站控系統數據接口軟件等。

每個接轉站站控系統把采集的信號送給現場RTU處理，RTU把數據通過標準的RS-485接口[4]（Modbus通信協議）送到現場監控計算機，數據接口軟件把站控系統數據通過標準的以太網接口（TCP/IP協議）送到現場光纖收發器的以太網接口，現場光纖收發器把數據變成光信號通過標準的光接口送到光纖進行遠程傳輸。光信號傳到監控中心的機架式光纖收發器的光接口，機架式光纖收發器把光信號變為電信號數據通過標準的以太網接口（TCP/IP協議）送到網絡交換機的以太網接口（TCP/IP協議），進行中心控制室LAN方式數據通信。

整個系統的通信方式是把現場的站控系統數據嵌入TCP/IP內進行傳輸，到監控中心的監控機上通過組態軟件直接調用處理，組態軟件再把數據以一定的數據結構存入數據庫供其他應用軟件調用分析處理[5]。

為了系統的穩定和數據的安全、連續，本系統的中心控制室配置了UPS為系統的光纖收發器、網絡交換機、打印機、數據庫服務器、監控主機等供電。

為了以后SAGD先導實驗區中控室接入和以后音視頻及數據業務擴展，本系統預留了網絡接口（電口或光口）。

本系統采用192.168.*.*的私有IP地址進行內部網絡通信、獨立組網，提高了網絡的安全性，同時節約了油網或互聯網的IP資源。

由于采用光纖TCP/IP方式到井場，帶寬為百兆，這為以后井場語音、數據、視頻等的綜合接入與遠程監控提供了基礎平臺。

5 主要設備及軟件選型

設備選型要選擇適合油田環境的電信級的通信產品，軟件選用跟油田應用相兼容的和常用的熟悉軟件。光纖收發器選用電信級的RAISECOM RC601-FE、RC602-FE和RC002-16AC，支持近端和遠端網絡管理。網絡交換機選用H3C S3100-26C-SI（AC），支持以后光口擴展。數據庫服務器選用Dell PowerEdge T300，顯示器為19英寸液晶。 監控站選用Dell VOSTRO 200，顯示器為19液晶。組態軟件選用Kingview6.53進行組態，油田應用比較多。數據庫軟件選用Oracle，便于和油田公司對接。接轉站站控系統數據接口軟件自己開發。

6 系統圖

7 實現功能

（1）實現和接轉站現有站控系統實時數據進行通信，便于數據實時傳輸、監測與處理。

（2）實現在監控中心對現場運行情況實時監測的功能，便于集中管理和監測，提高了系統的安全性，節約了人力、物力。

（3）具有在監控中心對接轉站的控制功能。

（4）實現在監控中心對10個接轉站實時數據的集中采集后存儲的功能，按標準格式統一存入歷史數據庫中，便于對運行情況進行分析和故障原因的追溯。

（5）實現10個接轉站生產數據的遠傳功能，生產數據可根據油田公司的要求實時傳入油田公司的數據中心和作業區生產數據庫服務器，便于管理層隨時對生產情況的分析、決策。

（6）實現井區辦公自動化、工作數字化功能，提高了工作效率，節約了人、財、物。

（7）實現三級監控的功能，提高了生產的安全性。

（8）實現了井區數據傳輸平臺的功能，便于以后油區的音頻、視頻和數據的接入與傳輸。

（9）預留SAGD先導實驗區數據接口，便于以后SAGD先導實驗區的接入。

8 結束語

智能化是油田生產的必然趨勢，遠程集中監控系統解決了人工現場監控帶來的諸多弊端，節約了企業的人力、物力、財力，提高現場生產的安全性。本系統解決方案對油田生產提供了一種建設與管理的新思路，具有一定的推廣應用價值。

主要參考文獻

[1]陳新發，曾穎，李清輝.數字油田建設與實踐[M].北京：石油工業出版社，2008.

[2]周根來.水處理島總線控制方案的探討[J].石油化工自動化，2011，47（2）：39-41.

[3]楊新盛，姜明曉.基于Profibus的顏色采集系統的實現[J].自動化技術與應用，2010，29（6）：122-124.

[4]高志國.基于RS-485總線信號的可靠性研究[J].石油化工自動化，2011，47（2）：42-43.

[5]遲瑛，李健.基于單臺PC機的工業過程虛擬實驗系統設計[J].控制工程，2008，15（6）：688-691.