淺析基于長慶油田叢式井場的數(shù)字化閥組間測控設(shè)計方案

長慶油田叢式井場的閥組間，傳統(tǒng)采集方案是將多個流量計和壓力變送器當作Modbus設(shè)備站在軟件上進行數(shù)據(jù)采集，存在嚴重不足：(1)軟件在采集過程數(shù)據(jù)時需逐個儀表的進行輪詢采集，無法一次性采集上來，通訊效率必然低下，周期加長，單井數(shù)據(jù)采集也會受到影響;(2)長慶現(xiàn)場實際情況不一，閥組間采用的流量計、壓力變送器的廠家不一，協(xié)議各異，開發(fā)和維護很困難。鑒于此，本方案在長慶油田叢式井的測控結(jié)構(gòu)中，融合兼并了閥組間測控，從而形成叢式井場的全套測控，并有效解決上述問題。

井場RTU通過RS485(Modbus RTU，閥組間協(xié)議轉(zhuǎn)換箱)或本地?zé)o線(SM40P-5000KB-F閥組間采集器)與注水閥組間通訊，實時采集分水器壓力、注水井壓力、瞬時流量、累計流量等實時參數(shù)，并通過遠程注配調(diào)控，實現(xiàn)對井口按計劃、按實際流量需求進行注水等功能。SM40P-5000KB-F閥組間采集器，起到一個通用的無線協(xié)議轉(zhuǎn)換器的作用，集成1路RS485和本地?zé)o線。1路RS485可接入RS485信號的流量計或壓力變送器,軟件支持各種標準通信協(xié)議或者自定義協(xié)議?？杉嫒莞鱾€廠家的儀表設(shè)備，給設(shè)備的維護和后期改造帶來很多便利條件;本地?zé)o線可實現(xiàn)閥組間數(shù)據(jù)無線上傳至井場RTU。

SM40P-5000KB-F閥組間采集器將閥組間儀表數(shù)據(jù)采集匯總。統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式后，一次性集中上傳。一方面可提高通信效率，避免上位機對閥組間儀表逐個輪詢掃描而導(dǎo)致輪詢周期過長，另一方面，統(tǒng)一了與上位機的數(shù)據(jù)接口，便于上位機軟件的開發(fā)調(diào)試和維護。

一.系統(tǒng)架構(gòu)

1.三級鏈路通訊

1.1.閥組間數(shù)據(jù)采集：安裝協(xié)議轉(zhuǎn)換箱測取數(shù)據(jù)以RS485總線傳給RTU或安裝SM40P-5000KB-F型閥組間采集器測取數(shù)據(jù)無線傳給RTU。閥組間數(shù)據(jù)：各水井注水壓力、注水瞬時流量、累計流量，分水器壓力等。

1.2.井場數(shù)據(jù)采集：RTU采集閥組間數(shù)據(jù)并上傳至站控中心,也可控制采集器或協(xié)議箱遠程調(diào)配注水流量等。

1.3.站控數(shù)據(jù)采集：站控中心遠程管控RTU。根據(jù)設(shè)置進行數(shù)據(jù)采集、存儲并形成報表，還可進行遠程調(diào)配注水流量等。

2.通訊指標

2.1. 圖1模式,本地?zé)o線數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)通訊：視距≥300m。載頻：433MHz，屬于ISM工作頻段，無需申請頻點。GFSK窄帶調(diào)制，同時采用了高效前向糾錯信道編解碼技術(shù)，提高低功耗情況下數(shù)據(jù)通訊可靠性。本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)可用于井場閥組間和抽油機的采集器與RTU之間無線通訊。

2.2. 圖2模式,總線通訊：RTU擴展數(shù)據(jù)通訊RS485,1路，可通過標準Modbus或者定制協(xié)議連接第三方設(shè)備。例如在閥組間測量應(yīng)用中與第三方協(xié)議箱等連接。

2.3.RTU遠程通訊：Ethernet接口，10BASE-T PHY，兼容100/1000 BASE-T 網(wǎng)絡(luò)。

二.實施方案

1.井場監(jiān)測

由上述系統(tǒng)架構(gòu)可知，本系統(tǒng)以RTU為數(shù)據(jù)中介，閥組間、井場、站控組成三級層遞式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。對RTU而言，視距半徑300米內(nèi)的井群可視為一個井場。

1.1.閥組間監(jiān)測：安裝協(xié)議箱測取數(shù)據(jù)以485總線上傳給RTU或安裝SM40P-5000KB-F型閥組間采集器測取數(shù)據(jù)無線傳給井場RTU。

1.2.井場監(jiān)測：每個井場安裝一臺RTU監(jiān)測井場注水閥組間數(shù)據(jù)和抽油機數(shù)據(jù)。

2.閥組間配置

三.SM40P-5000KB-F型閥組間采集器：

1測量功能

1.1.節(jié)點容量：每臺RS485接口設(shè)備(流量計或分水器壓力表等)為一路節(jié)點，本采集器可接0～32路節(jié)點。1路節(jié)點監(jiān)測1口水井變量包括管壓、瞬時流量、累積流量或監(jiān)測一個分水器壓力。

1.2.實時監(jiān)測：閥組間總體一個分水器(匯管)壓力及各水井的瞬時流量、累計流量、注水壓力數(shù)據(jù);

1.3.參數(shù)設(shè)置：設(shè)置瞬時流量、壓力、閥門控制以及閥的工作模式。

1.4.數(shù)據(jù)存儲：容量32KB字節(jié)，按10口井分配，采集周期10秒，可保存364個包(折合1小時)的數(shù)據(jù)。即便通訊中斷(不超過1小時)，數(shù)據(jù)也不丟失，以保證數(shù)據(jù)連續(xù)性。

1.5.無線通訊：采集器與RTU之間采用本地?zé)o線通訊網(wǎng)絡(luò)通訊。安裝方便快捷，比傳統(tǒng)閥組間485總線連接RTU的測量模式省去了挖溝、布線等，大大節(jié)省了施工成本。

2.數(shù)據(jù)鏈路平臺

擴展數(shù)據(jù)通訊接口、RF無線數(shù)據(jù)通訊及主RTU寬帶數(shù)據(jù)通訊，建立了井場數(shù)據(jù)設(shè)備的通訊鏈路平臺。

3.技術(shù)指標

3.1.工業(yè)環(huán)境設(shè)計，戶外安裝，IP65密封壓鑄鋁機殼。

3.2. EMC抑制能力，IEC61000-4-4強度等級3級。

3.3.工作環(huán)境溫度，-40℃～+85℃。

3.4.本地?zé)o線數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)通訊，作為與RTU間的數(shù)據(jù)通訊鏈路接口，視距≥300m。載波：433MHz，ISM工作頻段，無需申請頻點。GFSK窄帶調(diào)制。

3.5.擴展數(shù)據(jù)通訊接口：EIA-RS485-A標準，光電隔離，隔離電壓1000Vdc/1分鐘。

3.6.RTC實時時鐘，F(xiàn)RM鐵電存儲器，容量32KB字節(jié)。確保通訊不暢通時不丟失數(shù)據(jù)。

3.7.工業(yè)級電源，EMI/防雷擊濾波器，兼容220V/380V/660V多種現(xiàn)場電壓，直接從抽油機電控箱取電。

四.現(xiàn)場安裝：

SM40P-5000KB-F型閥組間采集器壁掛式安裝固定。吸盤天線請引出豎直吸附在閥組間房頂。

五.方案說明：

1.若采用SM40P-5000KB-F型閥組間采集器，與RTU以無線傳輸模式，則現(xiàn)場省去挖溝、排管、布線等，施工成本極低。

2. SM40P-5000KB-F型閥組間采集器采用壁掛式安裝，拆裝方便快捷。

3.閥組間若已安裝協(xié)議箱，則可選擇485總線連接井場RTU模式，挖溝布線多些麻煩。若無協(xié)議箱，則只能安裝SM40P-5000KB-F型閥組間采集器;二者取其一。

4.SM40P-5000KB-F型閥組間采集器可外接CDMA/GPRS/SCDMA等通訊設(shè)備，直接進行數(shù)據(jù)遠傳至站控中心，無需中介井場RTU，適用于單井“一拖一”遠程監(jiān)控。

5.本文提及井場RTU，適用于井場監(jiān)控。對RTU而言，視距半徑300米內(nèi)的井群可視為一個井場。 即一個RTU管理一個井場內(nèi)多口油井和閥組間，即“一拖多”模式，一個井場僅需要一臺RTU、一套通訊設(shè)備等，綜合成本較低。