綜述
油田自動化信息系統(tǒng)建設主要包括油井遠程監(jiān)控、配電線路自動化系統(tǒng)、輸油管線泄露監(jiān)測、集輸站庫自動化監(jiān)控等四個部分，其目的是利用現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源頭自動采集，借助油田現(xiàn)有網(wǎng)絡資源自動加載到廠級實時數(shù)據(jù)庫，為各級管理部門應用提供開放的數(shù)據(jù)平臺，使生產(chǎn)和管理人員及時控制和掌握生產(chǎn)動態(tài)，從而實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的自動化；并可以對取得的實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、優(yōu)化，從而為保證生產(chǎn)設備正常運轉(zhuǎn)、降低生產(chǎn)成本提供重要依據(jù)。現(xiàn)在各油田都在建設數(shù)字油田，而數(shù)字油田能否順利實施的其中的一個重要條件是各生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)能實時、準確地進入公司的信息化系統(tǒng)。大慶紫金橋軟件技術有限公司長期從事工業(yè)自動化實時數(shù)據(jù)的研究工作，現(xiàn)在可以為用戶提供從現(xiàn)場監(jiān)控層到廠級實時數(shù)據(jù)庫管理全方位的解決方案。下面我們就介紹一下紫金橋軟件在油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用情況。
全國各地各采油廠已不同程度地進行了油井監(jiān)控的試點工作，目前參與的廠商數(shù)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(guī)模推廣。另外這其中也暴露出很多的問題，主要表現(xiàn)在油井現(xiàn)場設備可靠性差，可維護性差，不能承受油井現(xiàn)場惡劣的工作環(huán)境（包括高溫、低溫、潮濕和沙塵）。數(shù)據(jù)開放性不夠，往往是各個廠家互不兼容，軟件數(shù)據(jù)不能共享，呈現(xiàn)一個個的自動化孤島。

系統(tǒng)方案
油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過對井口參數(shù)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(tài)，通過無線方式傳送給采油廠實時數(shù)據(jù)庫服務器，并以C／S或B／S模式，使生產(chǎn)管理的各個部門能夠及時掌握油井工作狀態(tài)，縮短油井故障處理時間，提高開井時率，增加原油產(chǎn)量，提高工作效率。
自動化工程必須按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫”的原則建設，系統(tǒng)方案必須整體考慮網(wǎng)絡通訊、系統(tǒng)安全等問題，保證實時數(shù)據(jù)庫標準開放，使整個系統(tǒng)具有極高的可靠性與實用性。
系統(tǒng)設計遵循“實用性、開放性、可靠性、先進性、可擴展性、易維護性”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(fā)展留有余地。技術方案普遍采用近幾年發(fā)展和改進的新技術、新設備、新系統(tǒng)，其所有硬件和軟件均應經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場考驗，經(jīng)驗證具有先進性和可靠性。
整個油田自動化系統(tǒng)在局域網(wǎng)上根據(jù)地域特點在每個采油廠設一個實時數(shù)據(jù)傳控中心（包括通訊處理機、實時數(shù)據(jù)庫服務器、中心服務器），上位機采用紫金橋軟件系統(tǒng)，用于集中管理和存放各采油廠所轄區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)井、6KV 配電線路、聯(lián)合站、輸油管線的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，做到實時數(shù)據(jù)庫開放的原則。
整個系統(tǒng)構成如下：
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系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
根據(jù)油井分布的地域特點與無線通訊技術發(fā)展的水平，油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)考慮用CDMA/GPRS 或者數(shù)傳電臺通訊模式，系統(tǒng)主要由傳感器、井口控制器、CDMA/GPRS （數(shù)傳電臺）通訊模塊DTU、采油廠通訊機、實時數(shù)據(jù)庫服務器、WEB 服務器、監(jiān)控瀏覽終端等組成，也可以根據(jù)廠里面的要求適當合并有些服務器。系統(tǒng)框圖如上面總圖所示。
油井工作狀態(tài)傳感器和變送器主要有溫度傳感變送器，壓力傳感器和變送器，電流互感器、抽油機載荷傳感器和變送器、位移傳感器和變送器、變壓器一次側電流互感器，它們將油井的工作狀態(tài)變換成對應的電壓或電流值送至井口控制器。然后經(jīng)CDMA/GPRS 網(wǎng)或數(shù)傳電臺，接入采油廠通訊機，數(shù)據(jù)通訊機采用輪詢方式收集井口控制器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析經(jīng)處理后，進采油廠監(jiān)控系統(tǒng)。油田中心服務器接收各廠級監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對其它系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)服務。

油井監(jiān)測數(shù)據(jù)
電泵井 SU 主要進行電壓、電流、油井回壓、井口溫度等參數(shù)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(shù)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(shù)、日用電量等參數(shù)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。
當電潛泵井出現(xiàn)過載停機故障時，將停機前一分鐘內(nèi)三相電流（Ia、Ib、Ic）與線電壓(如Uab)的數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)庫，為電泵故障診斷提供分析數(shù)據(jù)。

通訊服務器
通訊服務器主要用于與現(xiàn)場設備通訊，處理在通訊過程中遇到的問題，以向系統(tǒng)提供有效的數(shù)據(jù)。通訊服務器軟件應具備以下基本功能：
（1） 增/刪終端，系統(tǒng)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(shù)，包括通訊規(guī)約及屬性。系統(tǒng)可支持多種通訊規(guī)約。支持MODBUS、DNP3.0/UDP/IP等規(guī)約。
（3） 發(fā)送采集指令，并接收從終端發(fā)回的數(shù)據(jù)。
（4） 按照終端的配置執(zhí)行與終端的通訊過程和規(guī)約處理，系統(tǒng)根據(jù)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(chǎn)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(jù)終端的分組情況，為每個組建立一個通訊線程，由每個現(xiàn)場負責該組中所有終端的通訊。
（5） 通道質(zhì)量監(jiān)視：對通道的速率、誤碼率等指標進行監(jiān)測，并隨時做出統(tǒng)計結果。
（6）對發(fā)生故障的設備采用智能調(diào)度策略，在幾乎不犧牲系統(tǒng)采集速度的前提下，當故障設備恢復時，能自動恢復其數(shù)據(jù)采集。

采油廠級監(jiān)控系統(tǒng)
油井生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)由安裝在油井上的監(jiān)測終端、安裝在采油廠級的通訊和數(shù)據(jù)服務器、采油隊等用戶使用的監(jiān)測界面、現(xiàn)場通訊系統(tǒng)和管理通訊系統(tǒng)五個部分組成，系統(tǒng)軟件平臺采用紫金橋組態(tài)軟件。系統(tǒng)結構如下圖所示：


油井生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)由通訊子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、報警和事件處理子系統(tǒng)、安全控制子系統(tǒng)、圖形界面軟件和圖形制作子系統(tǒng)組成。
通訊子系統(tǒng)主要和通訊服務器通訊，負責接收通訊服務器的數(shù)據(jù)以及對其下發(fā)各類指令。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(shù)據(jù)。系統(tǒng)定時召喚油井終端數(shù)據(jù)，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。
數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)負責將通訊子系統(tǒng)得到的原始數(shù)據(jù)按現(xiàn)場采集點的類型進行轉(zhuǎn)換、判斷是否需要產(chǎn)生報警及數(shù)據(jù)存儲管理。
報警和事件處理子系統(tǒng)負責實現(xiàn)預定的報警效果、對報警和事件進行記錄、存儲。并把報警信息提示給最終用戶，提示相關人員進行處理。系統(tǒng)預定義了多種報警條件，如模擬量可分別設置報警低低限、低限，高限、高高限，當數(shù)據(jù)越過限值時就生成報警記錄。
圖形界面軟件和圖形制作子系統(tǒng)用于生成和顯示用戶圖形界面。通過動態(tài)圖形界面實時顯示各類生產(chǎn)信息。主要包括：結合地理位置圖顯示油井信息，如開/關井，電壓、電流、有功、無功等基本運行數(shù)據(jù)參數(shù)；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(shù)的時間曲線；顯示示功圖，功圖迭加和并列對比。


油田中心服務器
中心服務器負責數(shù)據(jù)的存貯和管理，安裝紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫。它負責整個油田的油井監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)的存貯和管理。中心服務器包含上位機界面子系統(tǒng)、安全管理子系統(tǒng)、查詢子系統(tǒng)、報警和事件處理子系統(tǒng)、歷史存貯子系統(tǒng)、實時生產(chǎn)報表子系統(tǒng)、WEB服務子系統(tǒng)。油井中心服務器完成以下功能：
（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(tài)，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(shù)據(jù)，如電流、電壓、回壓、溫度等；鼠標點擊該井轉(zhuǎn)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。
（2） 安全管理：① 系統(tǒng)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(qū)域的控制方式；② 系統(tǒng)向用戶提供以下權限：系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)級參數(shù)，包括：生產(chǎn)井缺省輪詢周期、生產(chǎn)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(nèi)的終端的配置參數(shù)。
（3） 通過查詢配電實時數(shù)據(jù)庫，獲取配電線路的實時數(shù)據(jù)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(fā)生停井時能更好地分析停井原因。
（4） 報警管理：接收通訊服務器采集的數(shù)據(jù)，通過配置庫中配置的變換參數(shù)和報警限值設定，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程值，并與報警限值比較，如果需要產(chǎn)生報警，則交給報警和事件處理軟件。
（5） 歷史數(shù)據(jù)存儲：可對每個采集點配置歷史存儲周期，歷史存儲方式可以在以下兩種方式中選擇：變化保存、定時保存。并和關系數(shù)據(jù)庫通訊，把生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳入到關系數(shù)據(jù)庫中，為上層更深層次的數(shù)據(jù)開發(fā)提供基礎數(shù)據(jù)平臺。
（6）實時生產(chǎn)報表子系統(tǒng)：紫金橋軟件提供了功能十分強大的報表系統(tǒng)，能生成各類報表：如班報、日報、月報等統(tǒng)計報表。
（7） Web服務系統(tǒng)：通過WEB服務器，授權用戶不需要安裝任何其它軟件，通過操作系統(tǒng)所帶的IE瀏覽器即可訪問生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

通過紫金橋軟件把各個分散的油井在油田統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)平臺上管理起來，并且與油田其它上位管理系統(tǒng)有機集成，為數(shù)字油田的建設提供準確、實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為油田的信息化打下堅實的基礎。