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1.系統設計說明

油田自動化信息系統建設主要包括油井遠程監控、配電線路自動化系統、輸油管線泄露監測、集輸站庫自動化監控等四個部分，其目的是利用現場監控系統， 實現數據源頭自動采集，借助油田現有網絡資源自動加載到廠級實時數據庫，為各級管理部門應用提供開放的數據平臺，使生產和管理人員及時控制和掌握生產動 態，從而實現整個生產過程的自動化;并可以對取得的實時數據進行統計、分析、優化，從而為保證生產設備正常運轉、降低生產成本提供重要依據。下面我們就油 井遠程監控系統進行論述。

1.1.現狀綜述

全國各地各采油廠已不同程度地進行了油井監控的試點工作，目前參與的廠商數量比較多，水平參差不齊，各個廠家都是在做試點工作，也有個別廠家開始規 模推廣。也暴露出很多的問題，主要表現在油井現場設備可靠性差，可維護性差，不能承受油井現場惡劣的工作環境(包括高溫、低溫、潮濕和沙塵)。數據開放性 不夠，往往是各個廠家互不兼容，軟件數據不能共享，呈現一個個的自動化孤島。

全國十幾萬口油井，已經采用油井監控的油井不會超過一萬口，不足總數的10%。

1.2.設計思想

目的：

油井遠程監控系統主要是通過對井口參數的實時檢測，采用輪詢-應答的通信方式，將檢測到的油井狀態，通過無線方式傳送給采油廠實時數據庫服務器，并 以 C/S或B/S模式，使生產管理的各個部門能夠及時掌握油井工作狀態，縮短油井故障處理時間，提高開井時率，增加原油產量，提高工作效率。另外，油井井口 的控制器具有電量計算功能，可以為6kV 電力線路配電自動化系統提供基礎計算數據。

原則：

自動化工程必須按照“統一規劃、統一標準、統一數據庫”的原則建設，系統方案必須整體考慮網絡通訊、系統安全等問題，保證實時數據庫標準開放，使整個系統具有極高的可靠性與實用性。

系統設計遵循“實用性、可靠性、先進性、易維護”的基本原則，以方便操作、可靠運行為實施根本;方案設計既立足于實際，便于實施，又著眼于未來，為 發展留有余地。技術方案普遍采用近幾年發展和改進的新技術、新設備、新系統，其所有硬件和軟件均應經過生產現場考驗，經驗證具有先進性和可靠性。

整個油田自動化系統在局域網上根據地域特點在每個采油廠設一個實時數據傳控中心(包括通訊處理機、實時數據庫服務器、應用服務器)，用于集中管理和存放各采油廠所轄區域內生產井、6KV 配電線路、聯合站、輸油管線的現場實時數據，做到實時數據庫開放的原則。

整個系統構成如下：

方案說明：

井口控制器采集油井示功圖、電量、回壓、溫度等參數，經CDMA/GPRS 網或者數傳電臺，以CDMA/GPRS 專線方式或者數傳電臺接口 (RS232) 接入采油廠通訊機、實時數據庫服務器，廠礦小隊的計算機可以用瀏覽器或客戶端方式對實時數據庫進行訪問。井口控制器改變以往只采電壓、電流有效值地模式， 而是實時采集計算電機電量參數，可為配電線路自動化系統提供所需的數據。

6kV 配電線路遠方終端、采油廠通訊機、實時數據庫、配電SCADA 應用服務器、工作站等，利用CDMA/GPRS 網，組成配電線路自動化系統，實現對配電線路運行狀況的實時監控和管理。

集輸站庫自動化系統與輸油管線泄漏檢測系統均是相對獨立的一個系統，經局域網將系統采集的生產數據上傳采油廠實時數據庫，實現網上數據共享。

通過B/S 模式，可以使管理者瀏覽和查詢全廠實時數據，及時了解現場生產情況。也可以通過C/S 模式對生產數據進行統計、分析。

為了保證系統的時鐘一致性，系統配備專用的GPS 時鐘，用于同步全網的系統時鐘，包括定時與各FTU、SU 遠方對時。

系統中通訊機、實時數據庫服務器、應用服務器等重要節點采用雙機熱備用配置，保持主機和備機之間數據的一致性，使主、備機可以在故障時可以隨時切換運行。

數據中心采用雙網冗余配置，且與油田局域網隔離，當主網出現故障，備網可隨時切換為主網運行。

網絡安全性設計，采用防火墻、數據加密、網絡隔離、用戶權限管理等技術和手段保證網絡和信息的安全。用戶權限管理工作包括系統用戶資料庫管理、用戶注冊、用戶級別設置、用戶權限設置等主要內容。

目前全油田網絡范圍內已建立起了病毒防治體系，因此本系統病毒防治依照油田統一規范執行。

1.3.油井遠程監控系統

根據油井分布的地域特點與無線通訊技術發展的水平，油井遠程監控系統考慮用CDMA/GPRS 或者數傳電臺通訊模式，系統主要由傳感器、井口控制器 SU、CDMA/GPRS (數傳電臺)通訊模塊DTU、采油廠通訊機、實時數據庫服務器、WEB 服務器、監控瀏覽終端等組成。系統框圖如上面總圖所示。

油井工作狀態傳感器主要有溫度傳感器，壓力傳感器，電機電流、電壓傳感器抽油機載荷、位移傳感器、變壓器一次側電流傳感器，它們將油井的工作狀態變 換成對應的電壓或電流值送至井口控制器SU。然后經CDMA/GPRS 網或數傳電臺，接入采油廠通訊機，數據通訊機采用輪詢方式收集井口控制器數據，數據經過分析經處理后，進采油廠實時數據庫。廠礦小隊的計算機可根據不同的 權限，采用C/S 或B/S模式對實時數據庫進行訪問。

1.3.1.系統實現的功能

電泵井 SU 主要進行電壓、電流、油井回壓、井口溫度等參數的測量。抽油機井SU 主要進行示功圖、電壓、電流、油井回壓、井口溫度等參數的測量，且保留油井遙控啟停功能。

井口控制器具有電機有功功率、無功功率、功率因數、日用電量等參數的計算功能。

對電潛泵井停機、電壓過壓、欠壓、電流過流、欠載、井口回壓過高、過低等異常情況檢測報警;對抽油機井停機、電壓過壓、欠壓、電流過流、欠載、井口回壓過高、過低、載荷過低等異常情況檢測報警。線路來電瞬間，也作為異常情況報警。

采油隊監控機按照管理權限僅能查詢本隊油井的工作狀態、實時收據、及相關通信模塊工作狀態、配電線路工作狀態。

抽油機井示功圖、電流圖(或功率圖)，除定時采集保存外，采油隊可根據生產情況，手動選擇油井井號，實時索要示功圖、電流圖(或功率圖)。

當電潛泵井出現過載停機故障時，將停機前一分鐘內三相電流(Ia、Ib、Ic)與線電壓(如Uab)的數據上傳數據庫，為電泵故障診斷提供分析數據。

采油隊監控機具有靜態數據瀏覽和編輯等功能：包括抽油機型號、配置電機型號、油井井號、沖程、線路名稱、量程上、下限、報警上、下限、油井井況等方面的數據，并能夠添加新開油井、刪除停產油井、修改作業井的基本數據。

系統具有示功圖、電流圖(或功率圖)、電流、電壓等參數的實時趨勢、歷史趨勢監視功能，可方便地了解長時間的參數變化情況，方便快速分析。

系統應將地理概念引入圖形系統，使圖形能反映地理信息，可以非常直觀形象反映整個油區的工作狀況。

采油廠、礦與相關科室能夠通過瀏覽器查詢廠、礦、隊油井的工作狀態與實時數據，當天停井情況、開機時率統計，以及歷史數據與歷史記錄。

1.3.2.需要傳輸的數據

抽油機井需上傳數據主要有：載荷(最大與最小值)、回壓、井口溫度、電流(Ia、Ib、Ic) (最大與最小值)、電壓(Ua、Ub、Uc)有效值、有功功率、無功功率、功率因數、上下沖程最大電流值、上下沖程功率、平衡率、日用電量、累計電量、沖 次、系統狀態、采集時間等數據。示功圖、電流圖(或功率圖)需要一個沖次內載荷、電流(或功率)的所有采集量，每個圖約需要200 個數據。因此，數據總量約為430 個數據，其中基本數據量為30 個數據。

電潛泵井需上傳數據主要有：回壓、井口溫度、電流(Ia、Ib、Ic)、電壓(Ua、Ub、Uc)、變有功功率、無功功率、功率因數、日用電量、累計電量、系統狀態、采集時間等數據。數據總量約為20 個數據。

1.3.3.采油隊主站

油井生產監測系統由安裝在油井上的監測終端、安裝在采油廠級的通訊和數據服務器、采油隊等用戶使用的監測界面、現場通訊系統和管理通訊系統五個部分組成。系統結構如下圖所示：

油井監測系統軟件由通訊軟件、數據處理軟件、命令處理軟件、報警和事件處理軟件、安全控制軟件、圖形界面軟件和圖形制作軟件組成。

通訊軟件主要負責通過設定的通訊規約和接口與現場設備進行通訊，獲取現場設備所采集的數據或向現場設備發送數據和指令。

數據處理軟件主要負責將通訊軟件得到的原始數據按現場采集點的類型進行轉換、判斷是否需要產生報警及數據存儲管理。

命令處理軟件主要負責處理用戶的下發命令、將命令轉換為通訊服務器的控制指令，并協調多個用戶同時下發命令時的關系。

報警和事件處理軟件負責實現預定的報警效果、對報警和事件進行記錄、存儲。

安全控制軟件負責管理系統用戶的認證和授權信息，對系統用戶進行身份認證和權限檢查。

圖形界面軟件和圖形制作軟件用于生成和顯示用戶圖形界面。

系統基本處理流程為：

油井的數據由油井終端負責采集，油井終端上裝通訊模塊，采集到的數據由通訊模塊送至位于采油廠信息中心的通訊服務器。數據經處理后存入實時數據庫。采油廠用戶通過應用服務器獲取系統服務，應用服務器訪問實時數據庫獲取數據。

由用戶發起的操作，如手工召測數據、更改配置等，由應用服務器進行處理，并通知通訊服務器執行相應的操作。

1.3.3.1. 功能

系統主要有以下功能：

(1) 數據采集功能

數據定時采集：能夠采集各種可以通過通道傳遞到主站的遙測、遙信、電度及其它類型的量測數據。系統定時召喚油井終端數據，召喚周期可按功圖、電流圖和其它量分別以分鐘為單位設置，最小為1 分鐘，最大為255 分鐘;

按需數據采集：采油廠用戶終端可在任何時刻請求召喚一口或多口井的數據;

通訊控制功能：啟動/停止對油井終端的數據采集、切換終端使用的通道等;

通道質量監視及故障診斷，通訊流量計算;

GPS 對時：接入GPS 時鐘信號，定時統一全系統時鐘，并向各油井終端發送對時命令;

可支持多種通訊規約、多種通訊通道;

添加/刪除油井終端，修改終端通訊參數，如地址、通訊規約、數據召喚周期等;

修改油井終端參數，如各種報警限值，抽油機沖程、沖次、各傳感器量程等參數，并將必要的參數下發到油井終端;

(2) 數據處理功能

事項報警處理功能：系統對模擬量可分別設置報警上、下限，有效上、下限，當數據越限值時可生成報警記錄。可定義報警的音響效果，活給出語音報警提示;

事件記錄，系統記錄所有用戶操作、通訊事件和終端報警;

數據保存周期可按不同數據類型設置為逢變即存、10 分鐘、30 分鐘、60 分鐘(保存周期應大于等于采集周期);

權限管理。所有系統操作均有授權控制;

(3) 人機界面功能

界面循環顯示：授權用戶可選擇油井，使基本信息界面可自動循環顯示，顯示時間可在5 秒-30 秒之間以秒為單位設置;

報警發生時，可自動推出報警畫面，并伴有聲音或語音報警;

結合地理位置圖顯示油井信息，如開/關井，基本運行數據等;

結合地理位置圖顯示與油井相關的電力線路運行信息，如是否停電等;

生成各采集參數的時間曲線;

顯示示功圖：功圖迭加和并列對比;

計算功能：支持常用函數功能;

歷史數據綜合查詢及生成報表;

遙控啟/停井(預留功能)

(4) 系統維護功能

為油井終端維護人員提供手持終端，以便于現場維護，并可在局信息網出現故障時接收現場的報警信息;

(5) 報表功能

可自定義報表格式，生成EXCEL 報表。

1.3.3.2. 應用服務器

應用服務器負責接收用戶終端的請求，通過訪問實時數據庫向用戶返回所需的數據，在必要時向通訊服務器發出指令。油井應用服務器包含數據處理軟件、命令處理軟件、報警和事件處理軟件、安全控制軟件、圖形制作軟件。油井應用服務器軟件應至少提供以下基本功能：

(1) 生成客戶終端畫面

畫面應可以以采油廠地圖做背景，按油井的近似地理位置顯示油井的基本運行狀態，如是否開井、是否有報警等;鼠標移動到油井位置可彈出信息框，顯示油 井的基本運行數據，如電流、電壓、回壓、溫度等;鼠標點擊該井轉入詳細的油井信息畫面，提供了顯示示功圖、查詢歷史記錄、進行功圖對比等功能選項。

以地圖做背景的畫面可以方便地進行放大、縮小、平移等操作，圖形應在正常縮放范圍內保持不失真。

(2) 安全控制

① 系統應能對用戶采用基于組的權限控制方式，對終端采用基于區域的控制方式;

② 系統向用戶提供以下權限：系統管理、終端管理、控制、瀏覽，能控制每個用戶對每個終端的訪問權限;

③ 系統管理員負責注冊(修改)新用戶，并為用戶分配權限;負責維護系統級參數，包括：生產井缺省輪詢周期、生產井缺省保持日期;

④ 一般授權用戶可以添加(修改)其管轄范圍內的終端的配置參數

(3) 通過查詢配電實時數據庫，獲取配電線路的實時數據顯示在地圖背景上，使小隊用戶可以及時掌握油井供電情況，當發生停井時能更好地分析停井原因;

(4) 數據處理

接收通訊服務器采集的數據，通過配置庫中配置的變換參數和報警限值設定，將原始數據轉換為工程值，并與報警限值比較，如果需要產生報警，則交給報警和事件處理軟件。

(5) 歷史數據存儲

可對每個采集點配置歷史存儲周期，歷史存儲周期至少可設置為以下兩種：逢變即存、以分鐘為單位設置存儲周期。

(6) 報警控制

系統可為每種報警定義報警級別，對每個報警級別提供不同的報警效果，如顏色、音響、閃爍等。

可為每個報警級別定義自動確認及時間或人工確認。

可支持多種報警音響效果，至少包括以下兩種：以PC 機的蜂鳴器作為音響效果，使用自定義的wav 文件

(7) 圖形工具

提供繪制用戶界面的圖形工具。繪制好的圖形界面可自動下發到用戶終端。

(8) 雙機備用系統維護

在系統正常運行時，可隨時停止雙機備用系統中的任何一臺機器而不影響系統運行;可手動切換主/從機

(9) 實時/歷史數據庫維護

提供維護實時/歷史數據庫的工具，主要是進行數據備份。一般使用數據庫自帶工具即可。

1.3.3.3. 通訊服務器

通訊服務器主要用于與現場設備通訊，處理在通訊過程中遇到的問題，以向系統提供有效的數據。通訊服務器軟件應具備以下基本功能：

(1) 增/刪終端

系統可支持多種類型的終端。至少支持以下兩種：抽油機井終端、電泵井終端

(2) 配置終端通訊參數，包括通訊規約及屬性;

系統可支持多種通訊規約。至少支持MODBUS、DNP3.0/UDP/IP 規約。

(3) 下發終端采集參數;

(4) 按照終端的配置執行與終端的通訊過程和規約處理系統根據終端的通訊通道和廠家將終端分組，一個組中的終端應是同一通訊方式同一廠家的產品，一個組最多可容 納20 個終端(與通訊的輪詢周期有關)。在循檢時間到來時，通訊服務器根據終端的分組情況，為每個組建立一個通訊線程，由每個現場負責該組中所有終端的通訊。一 個組應使用相同廠家的接口模塊。

(5) 對終端進行時間同步;

(6) 將接受到的模擬量進行標度變換，轉換為工程值;

(7) 將處理過的數據存入實時數據庫;

(8) 通道質量監視對通道的速率、誤碼率等指標進行監測，并隨時做出統計結果;

(9) 雙機熱備用，保障系統可靠性;

(10)接受應用服務器發出的指令;