數據采集監控技術在油田數字化建設中的應用

任健 (大慶油田有限責任公司第四采油廠規劃設計研究所，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

某廠站庫分布點多，面廣，管理難度大，工人勞動強度大。為提高管理水平和勞動效率，2013年完成了某聯合站自動化改造。經過近一年的調試和運行，生產參數檢測準確，自動控制運行平穩。2014年，借鑒某聯合站自動化改造經驗，進一步擴大數字化建設規模，開展了某聯合站區域數字化建設。

1 設計思路

主要包括站間和礦級生產指揮平臺兩個部分的數字化設計。在工區隊部建立監控室，設置站間集中監控系統和視頻監視系統，PLC采集的轉油站相關參數有線傳輸至隊部監控室，RTU采集的集油閥組間、配水間相關參數通過無線傳輸至通信基站，再經由光纜傳輸至工區隊部實現集中監控。以礦調度為中心，構建生產指揮平臺，實現全礦生產信息集中監控[1]。

1.1 站、間數字化改造

站間包括2座轉油站、32座集油閥組間和41座配水間。轉油站生產參數采用PLC控制系統實現數據采集、控制，并通過通信光纜將現場視頻及生產數據進行有線傳輸。完善集油閥組間和配水間（含增壓泵站）壓力、溫度、流量等自控儀表，采用RTU控制系統實現生產參數的采集、控制，并采用無線傳輸技術進行數據上傳。

1.2 礦級生產指揮平臺建設

按照“頂層設計、標準管理、模塊化構建、開放式應用”的建設原則，以礦生產調度為中心，搭建礦級生產指揮平臺，建立集成統一的井間站生產指揮系統。如表1所示。

表1 生產指揮平臺設計

2 數字化技術的應用

2015年，某區域完成了集油閥組間和配水間（含增壓泵站）的數字化建設。建立了一套完整的自動控制系統，負責生產數據采集和控制，并將采集的參數無線傳輸至工區監控室，實現遠程監控。

2.1 系統構成

（1）現場控制器

（2）現場設備：測量儀表：壓力變送器、溫度變送器、電磁流量計

執行機構：增壓泵變頻器，電動閘閥

視頻：紅外帶護罩網絡攝像機

（3）通訊模塊：RS-485(MODBUS-RTU)

（4）終端監控中心：工區隊部

2.2 系統結構圖

系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

2.3 核心技術

數字化建設采用的核心技術有數據檢測技術、無線傳輸技術和RTU技術。三者相互連接、相互作用、相輔相成。

2.3.1 數據檢測技術

采用壓力變送器檢測集油閥組間和配水間的摻水、回油、配水干線和支線等的壓力；采用溫度變送器檢測摻水和回油等的溫度；采用電磁流量計檢測摻水量和配注量。這些技術應用效果良好，改變了傳統人工方式計量各項參數，提高了計量精度，減少了資料差錯，滿足了集油閥組和配水間（含增壓泵站）精細計量的需要，為集中監控提供了有利保障[2]。

2.3.2 無線傳輸技術

集油閥組間和配水間，采用wlan方式進行無線傳輸，根據某聯合站區域集油閥組間和配水間位置分布，可在轉油站建設1座通信鐵塔和1套室外機柜，在塔上安裝2套無線wlan基站，天線分別朝向正南和西南對集油閥組間和配水間進行覆蓋。在室外機柜內建設交換機1套，將wlan基站數據經光纜傳回朝陽溝通信站。在通信站鐵塔上安裝1套無線wlan基站對東北方向集油閥組間和配水間覆蓋，網橋基站經網線連接至企業網交換機。在集油閥組間和配水間外立水泥桿，在桿上安裝網橋遠端站，接收主站信號提供ip網接口，網絡結構如圖2所示。

圖2 wlan方式網絡結構圖

wlan在集油閥組間和配水間的數據傳輸過程中體現了很多優點:

(1)靈活性。在有線網絡中，網絡設備的安放位置受網絡位置的限制，而無線局域網在無線信號覆蓋區域內的任何一個位置都可以接入網絡。

（2）安裝便捷。無線局域網可以免去或最大程度地減少網絡布線的工作量，一般只要安裝一個或多個接入點設備，就可建立覆蓋整個區域的局域網絡。

（3）易于進行網絡規劃和調整。對于有線網絡來說，辦公地點或網絡拓撲的改變通常意味著重新建網。重新布線是一個昂貴、費時、浪費和瑣碎的過程，無線局域網可以避免或減少以上情況的發生。

因此wlan無線傳輸技術為集油閥組間和配水間的遠程監控提供了橋梁。

2.3.3 RTU技術

集油閥組間和配水間（含增壓泵站）設置一套RTU控制系統，它是一種遠端測控單元裝置，負責對現場信號、工業設備的監測和控制。集油閥組間和配水間（含增壓泵站）所處的地理位置距中控室較為偏遠且環境比較惡劣，需要更優良的通訊能力和適用于更惡劣的溫度和濕度環境的數字化技術。RTU就是為惡劣環境應用而設計的，它的設計工作環境溫度為-40 ～ 70℃。RTU提供多種通訊端口和通訊機制，包括以太網和串口（RS-485）。

2.4 實現的功能

2.4.1 RTU的數據采集功能

集油閥組間和配水間（含增壓泵站）共用一套RTU控制系統，采集各測量儀表數據：

（1）生產工藝參數、設備參數及其他類型的數據采集。

模擬量采集：壓力、溫度、增壓泵電流、電壓等。

數字量采集：變頻器運行狀態、故障狀態、閥門狀態等。

（2）RS-485通訊接口采集：通過RTU采集變頻器內部參數和電磁流量計檢測的參數，并將參數遠傳到監控中心，便于操作人員遠程查詢故障。

2.4.2 RTU的控制功能

（1）增壓泵部分為閉環自動控制系統，利用變頻調速技術、壓力檢測技術，自動跟蹤調節電動機轉速，改變增壓泵的排量，使注水壓力保持在設定的壓力范圍以內，以滿足現場恒壓注水工藝的要求。

(2)報警及報警控制功能

①模擬量報警：增壓泵出口壓力、電機溫度上下限報警等。

②報警聯鎖控制：當報警產生時，通過不同的AO輸出控制，形成聯鎖控制。

2.4.3 遠程通信功能

集油閥組間和配水間（含增壓泵站）內新建的儀表和調節執行設備采用有線方式將數據傳輸至RTU控制柜內，而終端監控中心與RTU則采用無線數據傳輸，如果采用光纖傳輸數據不論是光纖的鋪設還是光纖的熔接以及光纖的終端設備價格都比較昂貴，也不能完全保證光纖在使用過程中不受到外界的損壞。因此為了達到數據的遠程監控，采用了wlan無線網橋技術[3]。

2.4.4 視頻監控功能

集油閥組間和配水間（含增壓泵站）內采用紅外帶護罩網絡攝像機，無論白天還是黑天都可以看到視頻監控的實時畫面。

3 結語

數字化技術在集油閥組間和配水間的應用，實現了量變到質變的調節方式變革，提高了運行效率，達到了實時監控、強化安全的預期目標，數據可以自動采集，生產狀態可以實時監控，重點要害設備可以遠程自動啟停。礦級生產指揮平臺實現了以礦調度為中心，以空間數據為展示基礎，全礦生產信息的集中監控。數字化采集監控技術在某聯合站地區的應用，為油田進一步推進智能化奠定了堅實的基礎。