紫金桥软件油井远程监控解决方案

综述
油田自动化信息系统建设主要包括油井远程监控、配电线路自动化系统、输油管线泄露监测、集输站库自动化监控等四个部分，其目的是利用现场监控系统，实现数据源头自动采集，借助油田现有网络资源自动加载到厂级实时数据库，为各级管理部门应用提供开放的数据平台，使生产和管理人员及时控制和掌握生产动态，从而实现整个生产过程的自动化；并可以对取得的实时数据进行统计、分析、优化，从而为保证生产设备正常运转、降低生产成本提供重要依据。现在各油田都在建设数字油田，而数字油田能否顺利实施的其中的一个重要条件是各生产装置的数据能实时、准确地进入公司的信息化系统。大庆紫金桥软件技术有限公司长期从事工业自动化实时数据的研究工作，现在可以为用户提供从现场监控层到厂级实时数据库管理全方位的解决方案。下面我们就介绍一下紫金桥软件在油井远程监控系统中的应用情况。
全国各地各采油厂已不同程度地进行了油井监控的试点工作，目前参与的厂商数量比较多，水平参差不齐，各个厂家都是在做试点工作，也有个别厂家开始规模推广。另外这其中也暴露出很多的问题，主要表现在油井现场设备可靠性差，可维护性差，不能承受油井现场恶劣的工作环境（包括高温、低温、潮湿和沙尘）。数据开放性不够，往往是各个厂家互不兼容，软件数据不能共享，呈现一个个的自动化孤岛。

系统方案
油井远程监控系统主要是通过对井口参数的实时检测，采用轮询-应答的通信方式，将检测到的油井状态，通过无线方式传送给采油厂实时数据库服务器，并以C／S或B／S模式，使生产管理的各个部门能够及时掌握油井工作状态，缩短油井故障处理时间，提高开井时率，增加原油产量，提高工作效率。
自动化工程必须按照“统一规划、统一标准、统一数据库”的原则建设，系统方案必须整体考虑网络通讯、系统安全等问题，保证实时数据库标准开放，使整个系统具有极高的可靠性与实用性。
系统设计遵循“实用性、开放性、可靠性、先进性、可扩展性、易维护性”的基本原则，以方便操作、可靠运行为实施根本；方案设计既立足于实际，便于实施，又着眼于未来，为发展留有余地。技术方案普遍采用近几年发展和改进的新技术、新设备、新系统，其所有硬件和软件均应经过生产现场考验，经验证具有先进性和可靠性。
整个油田自动化系统在局域网上根据地域特点在每个采油厂设一个实时数据传控中心（包括通讯处理机、实时数据库服务器、中心服务器），上位机采用紫金桥软件系统，用于集中管理和存放各采油厂所辖区域内生产井、6KV 配电线路、联合站、输油管线的现场实时数据，做到实时数据库开放的原则。
整个系统构成如下：
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系统实现的功能
根据油井分布的地域特点与无线通讯技术发展的水平，油井远程监控系统考虑用CDMA/GPRS 或者数传电台通讯模式，系统主要由传感器、井口控制器、CDMA/GPRS （数传电台）通讯模块DTU、采油厂通讯机、实时数据库服务器、WEB 服务器、监控浏览终端等组成，也可以根据厂里面的要求适当合并有些服务器。系统框图如上面总图所示。
油井工作状态传感器和变送器主要有温度传感变送器，压力传感器和变送器，电流互感器、抽油机载荷传感器和变送器、位移传感器和变送器、变压器一次侧电流互感器，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至井口控制器。然后经CDMA/GPRS 网或数传电台，接入采油厂通讯机，数据通讯机采用轮询方式收集井口控制器数据，数据经过分析经处理后，进采油厂监控系统。油田中心服务器接收各厂级监控系统的数据，并对其它系统提供实时数据服务。

油井监测数据
电泵井 SU 主要进行电压、电流、油井回压、井口温度等参数的测量。抽油机井SU主要进行示功图、电压、电流、油井回压、井口温度等参数的测量，且保留油井遥控启停功能。井口控制器具有电机有功功率、无功功率、功率因数、日用电量等参数的计算功能。
对电潜泵井停机、电压过压、欠压、电流过流、欠载、井口回压过高、过低等异常情况检测报警；对抽油机井停机、电压过压、欠压、电流过流、欠载、井口回压过高、过低、载荷过低等异常情况检测报警。线路来电瞬间，也作为异常情况报警。
当电潜泵井出现过载停机故障时，将停机前一分钟内三相电流（Ia、Ib、Ic）与线电压(如Uab)的数据上传数据库，为电泵故障诊断提供分析数据。

通讯服务器
通讯服务器主要用于与现场设备通讯，处理在通讯过程中遇到的问题，以向系统提供有效的数据。通讯服务器软件应具备以下基本功能：
（1） 增/删终端，系统可支持多种类型的终端。至少支持以下两种：抽油机井终端、电泵井终端。
（2） 配置终端通讯参数，包括通讯规约及属性。系统可支持多种通讯规约。支持MODBUS、DNP3.0/UDP/IP等规约。
（3） 发送采集指令，并接收从终端发回的数据。
（4） 按照终端的配置执行与终端的通讯过程和规约处理，系统根据终端的通讯通道和厂家将终端分组，一个组中的终端应是同一通讯方式同一厂家的产品，一个组最多可容纳20 个终端（与通讯的轮询周期有关）。在循检时间到来时，通讯服务器根据终端的分组情况，为每个组建立一个通讯线程，由每个现场负责该组中所有终端的通讯。
（5） 通道质量监视：对通道的速率、误码率等指标进行监测，并随时做出统计结果。
（6）对发生故障的设备采用智能调度策略，在几乎不牺牲系统采集速度的前提下，当故障设备恢复时，能自动恢复其数据采集。

采油厂级监控系统
油井生产监测系统由安装在油井上的监测终端、安装在采油厂级的通讯和数据服务器、采油队等用户使用的监测界面、现场通讯系统和管理通讯系统五个部分组成，系统软件平台采用紫金桥组态软件。系统结构如下图所示：


油井生产监测系统由通讯子系统、数据处理子系统、报警和事件处理子系统、安全控制子系统、图形界面软件和图形制作子系统组成。
通讯子系统主要和通讯服务器通讯，负责接收通讯服务器的数据以及对其下发各类指令。能够采集各种可以通过通道传递到主站的遥测、遥信、电度及其它类型的量测数据。系统定时召唤油井终端数据，召唤周期可按功图、电流图和其它量分别以分钟为单位设置，最小为1 分钟，最大为255 分钟。
数据处理子系统负责将通讯子系统得到的原始数据按现场采集点的类型进行转换、判断是否需要产生报警及数据存储管理。
报警和事件处理子系统负责实现预定的报警效果、对报警和事件进行记录、存储。并把报警信息提示给最终用户，提示相关人员进行处理。系统预定义了多种报警条件，如模拟量可分别设置报警低低限、低限，高限、高高限，当数据越过限值时就生成报警记录。
图形界面软件和图形制作子系统用于生成和显示用户图形界面。通过动态图形界面实时显示各类生产信息。主要包括：结合地理位置图显示油井信息，如开/关井，电压、电流、有功、无功等基本运行数据参数；结合地理位置图显示与油井相关的电力线路运行信息，如是否停电等；生成各采集参数的时间曲线；显示示功图，功图迭加和并列对比。


油田中心服务器
中心服务器负责数据的存贮和管理，安装紫金桥实时数据库。它负责整个油田的油井监控系统的实时数据的存贮和管理。中心服务器包含上位机界面子系统、安全管理子系统、查询子系统、报警和事件处理子系统、历史存贮子系统、实时生产报表子系统、WEB服务子系统。油井中心服务器完成以下功能：
（1）生成客户终端画面：画面应可以以采油厂地图做背景，按油井的近似地理位置显示油井的基本运行状态，如是否开井、是否有报警等；鼠标移动到油井位置可弹出信息框，显示油井的基本运行数据，如电流、电压、回压、温度等；鼠标点击该井转入详细的油井信息画面，提供了显示示功图、查询历史记录、进行功图对比等功能选项。
（2） 安全管理：① 系统应能对用户采用基于组的权限控制方式，对终端采用基于区域的控制方式；② 系统向用户提供以下权限：系统管理、终端管理、控制、浏览，能控制每个用户对每个终端的访问权限；③ 系统管理员负责注册（修改）新用户，并为用户分配权限；负责维护系统级参数，包括：生产井缺省轮询周期、生产井缺省保持日期；④ 一般授权用户可以添加（修改）其管辖范围内的终端的配置参数。
（3） 通过查询配电实时数据库，获取配电线路的实时数据显示在地图背景上，使小队用户可以及时掌握油井供电情况，当发生停井时能更好地分析停井原因。
（4） 报警管理：接收通讯服务器采集的数据，通过配置库中配置的变换参数和报警限值设定，将原始数据转换为工程值，并与报警限值比较，如果需要产生报警，则交给报警和事件处理软件。
（5） 历史数据存储：可对每个采集点配置历史存储周期，历史存储方式可以在以下两种方式中选择：变化保存、定时保存。并和关系数据库通讯，把生产数据传入到关系数据库中，为上层更深层次的数据开发提供基础数据平台。
（6）实时生产报表子系统：紫金桥软件提供了功能十分强大的报表系统，能生成各类报表：如班报、日报、月报等统计报表。
（7） Web服务系统：通过WEB服务器，授权用户不需要安装任何其它软件，通过操作系统所带的IE浏览器即可访问生产数据。

通过紫金桥软件把各个分散的油井在油田统一的监控系统平台上管理起来，并且与油田其它上位管理系统有机集成，为数字油田的建设提供准确、实时的生产数据，为油田的信息化打下坚实的基础。