固迪无线数传电台在油田测控中的应用 |
以微机、无线数传电台为基础的
石油天然气行业生产监控系统简介
——深圳固迪电子有限公司
一、 引言
随着油田的发展及工业自动化水平的提高，一种服务于油田采油的新技术展现在了眼前，那就是利用现代通信技术所开发的无线数传电台和现代计算机所组成的系统对采油设备、采油数据的远距离监控与采集。
油田的一个采油场由多口油井、计量间、管汇阀组，转油站，联合站、原油外输系统、油罐以及油田的其它分散设施组成，那么整个采油场的各种设施的工作状态及采出油品的数据（主要有温度、压力、流量等）就直接关系到油田生产的稳定及原油质量。目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，这种方式必然使工人劳动强度加重，并且影响了设备监控与采油数据的实时性，甚至准确性。所以油场的自动化、信息化就显得极为突出。
随着计算机技术、通信技术的发展，石油天然气行业生产监控系统也得到了很大发展。
本文讨论的系统基于下述观点，即目前的以计算机、无线数传电台为基础的油田监测和操作系统可大大提高油田生产效率，降低综合成本，实现油田生产、管理的自动化、信息化。为了达到这个目标，必须开发一个可靠的以微型计算机技术、现代通信技术为基础的油田监测和操作系统；开发新而廉价的油田作业监测方法；开发一个易为用户存取的数据库和记录系统。
二、 系统概述：
石油天然气行业工业监控系统应用具有以下特点：
* 一般跨越地域大因此要求电台支持长距离传输；
* 井站的无人值守远动控制决定了电台要具备能抵抗恶劣的天气环境的能力；
* 整个系统庞大，监测井站数量多，要求无线通讯系统速率要高，轮询响应时间快；
* 同时因为石油天然气行业为国家的能源基础，其所采用工控系统都是最先进可靠的设备，所以做为整个系统关键保证的无线通讯链路也必须要可靠稳定且性能优异才能保证整个工控系统的最佳运行。
无线数传电台在石油天然气行业的典型应用是在油井和气井的三遥（遥测、遥信、遥控）和自动计量方面——井站数据通过无线数传电台传送到采油队控制中心，采油队再通过专用广域通信网或无线网络与上一级的采油厂或石油公司的总控制中心连通。
下图所示为一典型的无线数传电台在石油天然气行业工业控制方面的应用
图1 以微机、无线数传电台为基础的生产监控系统总体配置
图2 井口微型计算机系统组成图
生产监控操作系统的基础，是每天24小时对远方产油或产气井的所有主要环节和地面分离及储存系统的各种常规的或独特的传感器采集的数据进行记录。
1. 油田中心监控计算机
油田中心监控计算机是一种稳定、可靠的计算机，通常放置在一个符合国家电子制造联合会要求的保护性箱体内配有一个断电后可供电达8小时的不间断电源。
中心监控计算机系统的主要功能是监测油田作业，将每口井的数据以便于存取的方式储存起来，能使用户通过常规电话调制解调器得到每口井的"准实时"数据，还可根据普通预测方法或单井的明确经验开发专门软件，以便对每口井的数据进行分析。这些分析工作可提供关于现有作业有效性的资料，并确定那些刚开始产生后可能出现的问题。反过来，这些资料可用来增加生产效率和制订修井作业计划。中心作业计算机的其它功能还包括为编制例行的月产量报表提供数据。
2．井队监控计算机与中心监控计算机相同，一般以采油队为单位配置，通过与井口微型计算机之间的数据通信，以轮循的方式对所属油井进行监控与数据采集。
井队监控计算机系统主要用于储存和显示记录的数据。数据按油井汇存并制成一定的表格，以便能快速检查油井系统的运行情况。同时，对给定油井的每个传感器的历史数据进行详细的复查。由井口微型计算机确定和报告的报警条件按特定格式储存，向操作人员发出警报并需要得到认可。井队监控计算机一般将每口井的数据储存3个星期，以便操作人员进行实时存取。中心监控计算机通过常规电话调制解调器每天从井队监控计算机那里进行几次数据检索。单井资料在计算机中要保留约30天时间。然后，将每口井的所有有关数据转换到软盘上长期储存。
3. 井场微型计算机
井口微型计算机是一种稳定、可靠的计算机，它体积小巧，配备每一口油井。该计算机是一种以通用微处理器为基础的经过特殊设计的单板机。目前，它具有只读存储器（ROM）和静态随机存取存储器（RAM）。该机装有一个插入式数据调节器板（起A/D转换器的作用），将传感器输入的模拟值转变成数字信号。该单板机还包括一个实时时钟、一个232接口以及一个供油田便携式终端（选择件）使用的插口。井口微型计算机系统负责采集每口油井的数据并将其发送至井队监控计算机
井口监控计算机系统包括一台无线数传电台，一个提供13.8伏的电源。该系统还备有终端卸扣和接头，供采用有线系统传输数据的传感器用。
4. 通信
油田作业计算机和井场计算机之间的数据转输是由微波无线电系统完成的。中继站是可选件，如果采用，则将它建于地势较高的地方，并采用高增益天线。中继站一般位于多个远程井口微型计算机附近，并采用廉价的非增益天线。
中心监控计算机和井队监控计算机之间的通信，则依据通信的距离及环境采用无线或有线方式。有线方式通过拨号调制解调器和商用电话线进行的；无线方式则利用各自连接的无线数传电台进行数据传输。
5. 传感器
依据所采集的不同参数，选择相应的传感器。包括温度、压力、流量等。
三、 软件
为满足加快存取速度和减少存储量要求而设计的几个独立程序包构成了生产监控系统的软件。主要的部分有油田中心监控计算机的操作系统、井口微型计算机扫描和通信程序和在油田中心生产监控系统中编制报表、分析数据和通信用的软件。
1. 操作系统
该系统的特点可分为两类：实时监控和数据管理：
（1） 实时监测
① 自动收集和认可从远程井口微型计算机传输来的数据，每口井具有其自己的识别特征；
② 自动检查错误，如果需要还可重新传输；
③ 在收到任何级别的警报时，可自动进行电话拨号；
④ 调制解调器电话通信处理程序通过安全密码可进入计算机系统，通过第二级安全密码可得到单个用户油井资料。
（2） 数据库管理
① 传感器和报警数据按时间、日期和油井存储。
② 根据报警数据的紧急程度和认可情况排定报警数据的优先次序。每口井的报警资料单独存 储。
③ 存储历史数据，并使这些数据在线保留时间约1个月。
④ 通过一个特别菜单和选定的传感器组使远程井口微型计算机初始化。指定无线电中继站（如果 设有中继站的话）；计划数据收集时间和间隔；计划数据记录时间和间隔；密码赋值；设定报警优先等级和报警记录的电话号码。
现场操作人员和用户通过一系列菜单和屏幕显示与系统对话。不仅能得到历史数据，而且还可得到现时数据。
2. 井口微型计算机操作系统
其特征包括独立的可编程序数据收集和传输间隔，当达到预选传感器报警阈限时，立即进行数据传输。也包括传输错误检测，如果第一次信息未被油田计算机认可的话，则进行自动重输。在有了一个畅通的无线电信道之后，才开始无线电传输。该软件具有一个"报警时钟"唤醒功能，因此，井场计算机在大部分时间内处于一种不工作、电力消耗较小的状态。这种工作方式对于太阳能供电系统来说尤为重要。
3. 用户人机联作
系统的设计可使现场操作人员和处于远方的矿场经营者能通过一系列菜单显示得到存储在油田总部的数据。
四、案例：
油区案例A
某油区油井无法实现正常的井口资料录取及井下泵况的测试，影响油井的动态分析和日常管理，同时各井结蜡严重，抽油机无保护措施，无实时监测、控制设备及手段，对各井的工作状况实时参数不了解，故障井诊断周期长
采用以微机、无线数传电台为基础生产监控系统后，能在恶劣环境下稳定可靠工作，自动采集井口油套压、温度等数据资料及与泵况息息相关的示功图、电流图，对计量站实现自动倒井，采集压力、温度、瞬时流量、产量等数据。所有井口与计量站数据通过无线数传电台传输。监测到异常情况（如电流电压越限，光杆卡死时过负荷、压力过高过低等）系统会自动实行相应保护。且可在中控室下达相应指令远程控制抽油机的起停，读取井口与计量站的数据资料，实现真正的无人值守，大大降低生产成本。可以使管理部 门直接了解各抽油井的工作状态，缩短了资料的传递周期性，减少了人工报表的一系列弊端如差错、假资料等，使所有现场数据共享范围扩大。为厂领导及工艺、地质、生产部门提供详细、及时、具体的生产第一手数据，以优化生产参数，达到高效、节能、增产的目的。整个系统存储的大量数据可供日后进行综合分析使用，为提高油田的管理层次提供有力的支持。该系统确保安全生产、减少事故损失、减轻了人员劳动强度，有着明显的经济效应和社会效应。
油区案例B
夏季阳光直射下的地表温度可达摄氏80度，冬季则达摄氏零下40度，风沙侵害，环境恶劣，直接造成井口数据采集的困难与数据更新周期的延长，从而使油区的管理停顿在较低的水平，生产成本居高不下，不利于企业的国际化发展与竞争
采用以微机、无线数传电台为基础的生产监控系统后，由中心控制室、中间站、现场智能终端及与之相连的各型传感器组成，实现了油井、水井、计配站及其它生产管理信息的快速获取、应急响应、集中处理和反馈控制，属于集监测、控制、管理一体化的采油生产自动化综合性信息网络系统。井口采集的数据有：功图、电流图及电流、电压、温度、油压、套压、载荷等，水井采集的数据有：瞬时流量、累积流量、注水压力。计量站采集的数据有：集油管汇压力、水套炉压力、烟道温度、出站温度、分离器压力、分离器温度、分离器液位等；控制功能有：抽油井启停控制、空抽控制、故障保护，计量站自动倒油井、自动计量。
该套生产监控系统经受了严寒、酷暑及其它恶劣自然环境的考验，结果表明系统安全、实用、可靠。系统技术先进、结构合理、功能齐全，能够满足采油生产的需要，有利于提高油田生产的安全性，有利于优化生产，有利于生产管理的科学化，对老油田的节能降耗、挖潜增效具有重要的指导意义。
五、结论
以微机、无线数传电台为基础的石油天然气行业生产监控系统可大大提高企业经济效益与社会效益，建议油田尽早立项实施。
油田供水自动化系统
——深圳市固迪电子有限公司
油田供水系统一般是由水电厂负责管理的。随着油田的发展,供水规模在不断地扩大，供水任务也越来越繁重，因此，加强水源的统一管理、实现管网的统一调度就显得十分必要。油田供水自动化系统，为提高油田的供水管理水平，实现管网的优化调度，达到安全、经济、连续的供水目标打下了良好的基础。
一、概述
一般油田都有多个水站，每个水站管理一定数量的水井，分布广、最远的水井距离水站一般在几公里至十几公里。为解决水井多、距离远、深井泵运转前加水、管理复杂等难题，就必须装备一套实现数据监测和遥控操作的自动化设备。供水中心站同时又对各供水站通过数据监测和遥控操作实现统一管理。这就是油田供水自动化系统。
油田供水自动化系统主要由三部分组成：水电厂供水调度SCADA系统、各水厂监控系统、各供水站终端系统。各系统间是通过无线方式进行通讯和数据实时传递。
二、水电厂供水调度SCADA系统
水电厂供水调度SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition Systems)系统是油田供水自动化系统的中枢部分，负责对下一级子系统（水厂监控系统和各供水站终端系统）的数据信息进行采集、汇总，然后传送到计算机和大模拟屏上，实现数据的实时微机管理和模拟屏动态显示。其结构如下图1所示：
供水调度中心SCADA系统主要由微机监测、无线通信、模拟屏三部分组成。
微机监测部分主程序选用工业控制软件设计，能在Win95 & win98&winNT等环境下运行，软件具有如下特点：
l 作图功能完善，图形逼真；
2 有数据报警、速率报警和偏差报警等多种报警设施及报警画面提示；
3 有实时曲线图、历史趋势曲线等；
4 种用户数据输入、查询、链接方式；
5 系统扩展方便,组态方式灵活。
监测的数据有：
水厂的主要参数量：进厂流量、水池液位、澄清池进口流量、虹吸滤池液位及状态、清水池液位、废水池及废水回收池液位、供水压力、出厂余氯、浊度、出厂流量、压力、一级提升泵及二级供水泵电机电流及状态、加药泵、污水泵电机电流及状态等。
水站的主要参数量：各种供水压力、流量（瞬时流量和累计流量）、电机电流、电压、水罐液位、泵状态、水井状态等。
模拟屏通过RS-232通讯口接收上位机传送过来的实时数据，实现水厂及各供水站供水压力、流量的实时显示，水源井开停状态的显示等。
屏上显示的数据信息有：
水厂的主要调度数据量：水源水池、清水池液位，出厂压力、流量，水库水进水流量，清水池液位，出厂压力、流量。
各供水站的主要调度数据量：压力、流量。
各供水站水源井的开、停状态。井的种类分冷水井和热水井两种，在屏上依靠不同颜色的标记块区分，块中心的信号灯指示不同颜色显示水井的不同状态，其中绿灯表示开、红灯表示停状态。
无线通信由无线数传电台完成，它收发一体，体积小巧，性能可靠稳定。
监测画面和模拟屏上所有的数据信息都是从水厂监控系统和水站终端系统中采集，并经无线数传电台传送到供水中心站SCADA系统，同时由上位机将数据又传送到模拟屏，。
水电厂供水调度SCADA系统目前可实现的功能有：
1. 数据的实时监测与处理功能。系统能把各检测参数在相应画面和报表中显示出来，并根据需要对数据进行诸如最大值、最小值、平均值、累加值、定时值等的计算处理，并分类进行存储，接受各种形式的查询。
2. 图形处理功能。能根据数据库绘制实时曲线图和历史趋势曲线图，
3. 自动报表生成功能。能根据需要按不同的时间周期如日、周、月、年等自动生成各种报表。
4. 历史档案数据存储功能。能通过打印报表、磁盘备份和读写光盘等多种方式存储历史数据、历史曲线等。
5. 多方式的通讯功能。能根据需要对系统进行点测、巡测、定时巡测（时间可调）、实时通讯帧监测等。
6. 自动超限报警功能。系统能根据预先设置的报警限值，在实测值超限时发出报警信息，以便及时采取措施。
7. 输出打印功能。各种查询信息、图形曲线、报表等都能在屏幕上显示和打印机上打印出来。
三、水厂监控系统
水厂监控系统是整个油田供水自动化系统所不可缺少的一部分。因为它既是一个独立的子系统，承担了各水厂内部的监测工作，直接作用于水量分配、水质监测、供水量和水压调整等重要工艺环节，对运行管理、确保安全、保证水质、降低消耗等方面都具有很大的作用；同时它还负责采集外部相关供水站的数据，经处理后与厂内有关数据一起送水厂模拟屏实时显示。其上位机系统还负责向水电厂供水调度SCADA系统传递有关信息。
水厂监控系统所选择的计算机主系统结构比较类似于PLC+IPC组成的集散式控制系统，各系统由上位机系统和下位机系统组成。
上位机系统由双机热备的工业计算机、无线数传电台、20"屏幕显示器、水厂模拟屏等组成。上位机除具备显示水厂内部各工艺流程的流程画面、实时数据显示、历史趋势显示、历史记录、超限报警、报表打印等功能外，还通过无线数传电台采集各相关供水站的数据，并负责向水电厂供水调度SCADA系统传递信息。
下位机系统分别由PLC(可编程序控制器)或 STD(工业控制计算机) 、一次检测仪表、转换器、无线数传电台等组成，PLC或STD完成生产过程中的数据采集和逻辑过程控制等功能。
四、供水站终端系统
各供水站由于其实际的生产过程不一样，检测的参数不同，其终端系统也不尽相同。
系统主要由工控机、PLC、无线数传电台、天线、检测仪表等组成。其主要功能是完成站内供水泵工作状态、运行电流、工作电压、水罐液位、供水流量、压力等数据的采集，定时向水电厂供水调度SCADA系统传送数据，接受反馈回来的信息；同时随时接受、执行水电厂供水调度主机发来的指令，将所采集的有关数据无线传输到水电厂中控室，同时传送给水厂监控系统。
五、应用效果及前景分析
油田供水自动化系统，保证了整个油田范围内的用水需求的稳定供应。供水中心站通过供水调度SCADA系统对整个供水系统进行统一调度管理，杜绝了断水情况的发生；通过不同检测点供水压力和流量的异常变动，能及早发现管网的漏损并进行处理，减少了水资源的浪费。水厂监控系统也已成为水厂工作可靠和水质合乎要求的必要保证，同时也是水厂实现降低电耗、药耗所依赖的途径之一。供水站终端系统也为各供水站安全、稳定、连续、经济供水提供了保障，经济效益十分可观。系统所拥有的报警功能，使水池（罐）水位一旦高于或低于警戒水位时即刻报警，避免了水池（罐）溢水或抽空，既节约了宝贵的水资源，又保护了设备。
总之，供水自动化系统在油田的应用所带来的经济效益和社会效益是十分可观的。
水处理远程实时监控系统
——深圳市固迪电子有限公司
水处理远程实时监控系统是用现代化的通讯技术、计算机技术和自动监测仪器，对各远端设备及水质、流量等参数进行远程实时监控，实现了环境管理的自动化、信息化、网络化。
该产品由计算机控制的监控中心台和若干分台（集中了控制水质、水量的在线检测设备）组成的一个网络系统。
（一） 系统组成
监控中心台包括监控台计算机、打印机、无线数据传输电台等，并可通过计算机网络连接多个中断，实现数据共享。
（二） 中心台组成
分台包括集中控制器、无线数据传输电台、数据采集器、泵阀开关控制器、键盘显示器、COD检测仪、流量计、DO检测仪、PH计、NH3-N检测仪及污水处理设备运行状态监测仪等。
（三） 各分台组成
由于系统点多而分散,所以非常适合采用无线数据传输方式，中心台与分台通过无线方式进行通讯连接，具体在中心台和分台各连接一台无线数传电台，各分台监控设备能实时采集和记录每个点的水处理设备运行情况及水质和流量等数据，并通过无线数传电台发送给中心台；中心台工作人员作出判断并发出指令，实现控制设备的运行。记录的数据存放在中心台计算机的数据库中，可以随时查询或打印，其它计算机也可以通过网络进行数据查询。
该系统的应用大大提高了水处理的自动化程度，取得了良好的经济和社会效益。
水文和防汛监测系统
方案综述:
一套由水文遥测系统和计算机通信网络组成的水文计算机防汛检测系统，可以通过设立在各个水文监测点的数据采集单元和无线传送及网络通讯系统将各监测点搜集的水文信息及时传送到水利局或防汛指挥部，供防汛调度决策使用。
系统结构：
水文与防汛监测系统由流域管理中心、分中心(各县市)监测站、现场水文遥测单元构成一套三级网络。系统的建成，将改善水文信息的收集、传递和处理手段，缩短数据收集和预报作业所需的时间，提高信息收集和传递的可靠性，提高流域防汛信息处理能力。
流域管理中心通过计算机局域网或广域网与各地分中心监测站之间进行数据传输，每隔一段时间对各分中心监测站的数据进行收集，并主要为以下应用系统提供数据：
·防汛信息收集处理系统
·汛情监视系统
·防汛会商显示系统
·信息查询系统
·气象服务系统
·洪水预报调度系统
·灾情评估系统等
分中心监测站由一台微机或几台微机构成的局域网作为水文监测工作站，能在很短的时间内完成一次辖区范围内各监测站的扫描，监测水文遥测系统的工作状态，并能判断各设备是否正常工作，可方便扩充，并能实现状态采集和遥控输出。分中心流域管理中心通过有线方式接受流域中心管理，与各水文遥测单元(HTU)以无线方式通信，除可正常采集数据外，还可对各监测单元进行远程组态配置，修改设定。
各水文遥测单元根据防汛水文监测要求，安装在河流、水库的指定地点，以野外无人值守方式工作，配备一台数据采集单元、无线电台、和雨量计、水位计、风向风速计等水文监测仪表，本站可保留六个月以上数据，通过无线通讯可受上级监测站(分中心)的控制，任意设定测试时段，校准机时上下一致，系统供电具有双电源系统和蓄电池以及太阳能电池，停电时太阳能电池自动供电，确保正常有效工作。对山区和距离较远的监测点，还有遥测中继站，能接受并转发信号，亦由太阳能电池供电，保持长期可靠运行。
系统特点：
1、建立一个综合水文监测系统，每隔一段时间就可对全流域的水文信心进行一次收集，及时准确地掌握流域水文情况。
2、在汛期，对各地的雨量和水位的涨落趋势进行准确定位，为防汛决策提供了可靠的资料和依据，使有关部门能及时采取对策，化解险情。
3、系统采用模块化结构，可方便扩充，且具有远程诊断功能，安装维护方便。
无线抄表系统
GD系列无线数传电台简介
GD系列无线数传电台的特点：
● 收发一体、内置调制解调器
● 功率500mW\100mW-5W\5W-25W可选
● 支持透明/非透明数据传输
● 接口速率：9600/4800/2400/1200bps可选
● 采用温补频率基准，稳定度更高
● 采用VCO/频率合成器，频点设置灵活方便
● 压铸铝结构，散热良好、抗干扰能力更强
● 全SMT组装，长时间工作稳定可靠
● 点对点、点对多点，灵活组网
● 工业级产品设计，温度范围宽，适合野外工作
● 为用户提供多种接口,方便各种外设的使用，部分接口可根据用户要设置
● 内置数据通信信令，用户不必更改电台，即可获得一条无加重、去加重的数据发送、接收通道，大大降低了数据的误码率
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