油田注水泵站在線監(jiān)測系統(tǒng)

由于注水泵必須晝夜不停地開泵注水，為了保證注水泵站設備的正常運轉(zhuǎn)，防止突發(fā)事件的發(fā)生，對注水泵進行狀態(tài)參數(shù)檢測非常必要。以往每臺泵安裝機械式壓力表及渦輪式流量計，泵站工作人員必須時常在現(xiàn)場察看儀表讀數(shù);另外，由于沒有報警功能，如果注水泵瞬時出現(xiàn)異常情況，工作人員不能及時發(fā)現(xiàn)問題，更不能預測異常問題的出現(xiàn)。

采用注水泵的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，可將注水泵各運行狀態(tài)參數(shù)集中顯示在中央控制計算機上，在線反映注水泵機組運行情況，減輕工作人員工作強度。同時，由于自動化監(jiān)測系統(tǒng)具備自動報警及數(shù)據(jù)分析功能，能及時報告注水泵運行的故障情況及預測注水泵的運行趨勢，提高了設備的運行完好率及運行效率。油田注水站自動監(jiān)測系統(tǒng)一般可達到如下自動報警功能：(1)大罐水位過低或過高報警;(2)泵出口壓力過高或進口壓力過低報警;(3)泵體溫度過高報警;(4)流量過大或過小報警;(5)工作電流、電壓過大或過小報警;(6)干壓(注：干壓為所安裝數(shù)臺泵并聯(lián)后的泵壓，一般與各臺泵的壓差小于0.5MPa)過大過小報警。

對運行數(shù)據(jù)進行全自動數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)記錄和分析，打印年、月、日等各種報表，實現(xiàn)科學管理，包括：(1)日、班注水量;(2)日平均耗電量;(3)注水泵效率;(4)大罐水位;(5)注水泵累計運行時間;(6)各種數(shù)據(jù)的報表。

所有監(jiān)測數(shù)據(jù)都顯示在值班室計算機上，實現(xiàn)所有設備的監(jiān)測顯示;而且，在控制臺LED顯示模塊上顯示注水泵的重要測試參數(shù)，實現(xiàn)雙保險。

在設備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，主要分為集中式監(jiān)測和分布式監(jiān)測兩種形式。集中式監(jiān)測系統(tǒng)是一種傳統(tǒng)式的監(jiān)測系統(tǒng)，就是將每一個傳感器分別用一條電纜引入到采集控制室的數(shù)據(jù)采集器和計算機上，實現(xiàn)集中式采集與控制，這種監(jiān)測系統(tǒng)適用于設備比較集中、傳輸距離短(不超過100m)的場合。其優(yōu)點是便于集中統(tǒng)一監(jiān)測與控制，并且投資少。缺點是需要使用大量的信號電纜，引線長，干擾大。

分布式監(jiān)測系統(tǒng)就是對集中式監(jiān)測系統(tǒng)進行合理的分解，形成單回路、多回路分散控制與集中監(jiān)視操作相結合的分布式的體系結構，具體就是在傳感器較為集中處安置一智能化數(shù)據(jù)采集模塊(一般置于設備旁邊)，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、誤差修正補償、現(xiàn)場控制報警，同時，各個智能化數(shù)據(jù)采集模塊，將有用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過一條公共的網(wǎng)絡線(如雙絞線、光纜或無線電方式)傳輸?shù)娇刂剖矣嬎銠C實現(xiàn)集中監(jiān)視，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、處理、報表等多方面的功能。這種方式具有以下特點：

(1)采用串行數(shù)字化傳輸數(shù)據(jù)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、精確度和抗干擾能力，同時也延長了數(shù)據(jù)傳輸距離(可達數(shù)公里)。

(2)由于采用公共網(wǎng)絡線傳輸數(shù)據(jù)，因而大量削減了現(xiàn)場設備與控制室之間一對一連接導線，節(jié)省了昂貴電纜線費用，以及電纜安裝和維護費用。

(3)實現(xiàn)設備檢測與控制信息的就地采集、就地處理、就地使用、就地控制，而控制室里的計算機及儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、診斷分析、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制和管理自動化。

(4)安裝維修調(diào)試簡便，監(jiān)測現(xiàn)場設備裝置均采用并行連接，各個端口核對工作量少，并且每臺設備對應監(jiān)測裝置各自獨立，互不干擾，保證了安裝維修簡便，也避免了維修時全部設備停止運行，影響整個系統(tǒng)。

(5)可擴展性好，若要增加監(jiān)控數(shù)量，只需增加相應傳感器及數(shù)采模塊再并行掛接到電纜上即可，而不需再架設新電纜。

二、應用

勝利油田有限公司純梁采油廠純五注水站共有10臺三柱塞泵，擔負著日注水1200m3的任務。2000年純梁采油廠與上海測控技術研究所合作，在純五注水站應用了現(xiàn)場分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)。

1.測試點分布

純五注水站共有兩個泵房，10臺注水泵，另有3個儲水罐，一個分水干壓房。根據(jù)注水泵現(xiàn)場情況，通過分析論證，確定如下監(jiān)測點。

(1)單臺注水泵的參數(shù)監(jiān)測：注水泵進口流量、進口壓力(2個測點);注水泵出口壓力(1個測點);泵體溫度(1個測點);電機線電壓、3個相電流(4個測點)。

(2)大罐、緩沖罐水位(2個測點)。

(3)干壓(1個測點)。

(4)總電壓、總電流(2個測點)。整個注水泵站的測點數(shù)為85個。

2.監(jiān)測系統(tǒng)硬件

由于往復式柱塞泵輸出壓力大，振動大，故對傳感器選擇要求較高。針對這一情況，采用如下傳感器。

(1)進出口壓力為MSC300系列壓力傳感器。

(2)流量傳感器采用LDG一S電磁流量計。

(3)溫度傳感器采用WZP一015S、PT100熱電阻及SBWZ熱電阻溫度變送器。

(4)電流、電壓傳感器為WB系列電量隔離傳感器。

每臺泵安裝1個電壓傳感器、3個電流傳感器，用于測量每臺泵的供電線電壓及3個相電流。為了不改變電源控制箱原來的結構，將電流傳感器的輸入端與電源控制箱內(nèi)的電流互感器輸出端相連，電壓傳感器輸入端直接與電源控制箱內(nèi)的電壓輸出端相連，電流、電壓傳感器安裝于數(shù)據(jù)采集箱內(nèi)，傳感器輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊相連。

在每兩臺注水泵之間安裝一只數(shù)據(jù)采集控制箱，每個控制箱內(nèi)安裝3塊ADAN一4017數(shù)采模塊，分別采集兩臺泵的測量參數(shù)：三相電流信號(6個參數(shù))，線電壓信號(2個參數(shù))，注水泵進口壓力(2個參數(shù))，出口壓力(2個參數(shù))，進口流量(2個參數(shù))，泵體溫度(2個參數(shù))。另外預留8個測量通道，供以后數(shù)據(jù)采集所用。各模塊通過RS一485總線相連形成工業(yè)網(wǎng)絡，并接入工業(yè)計算機，集中采集處理數(shù)據(jù)。

純五注水站自動監(jiān)測系統(tǒng)操作臺由工業(yè)計算機及LED顯示模塊組成。工業(yè)計算機通過RS一485總線與各數(shù)據(jù)模塊相連，采集、處理注水泵上各傳感器的輸出信號，工作人員通過操作監(jiān)測系統(tǒng)軟件，實時監(jiān)測整個泵站運行狀況，并記錄當天運行狀態(tài)參數(shù)，形成報表，供操作人員打印、保存。LED顯示模塊用于輪流顯示單臺泵測量參數(shù)及大罐液位、緩沖罐液位及總電流總電壓測量值。如測量值超過預先設置的上、下限，則顯示模塊出現(xiàn)聲、光報警。

3.監(jiān)測系統(tǒng)軟件

(1)全站監(jiān)測。通過全站監(jiān)測，可以了解到全部注水泵的設備運行狀態(tài)以及大罐水位、緩沖罐水位、總電壓、總電流、干壓、報警上下限、當前運行的日期時間等參數(shù)。

(2)單臺泵監(jiān)測。提供各臺注水泵的狀態(tài)參數(shù)：進口流量、進口壓力、泵體溫度、出口壓力、電機電壓及電機的三相電流。

(3)趨勢監(jiān)測。趨勢曲線顯示注水泵最近幾分鐘內(nèi)進口壓力、進口流量、泵體溫度、出口壓力的變化趨勢。

(4)參數(shù)設置。包括通訊及監(jiān)測設置、設置報警點兩項。通常情況下，這兩項均不須設置，系統(tǒng)以缺省形式自動處理。當確實需要修改或軟件設計人員更改才需用到這兩項功能。

(5)報表自動輸出打印系統(tǒng)。值班人員可在交接班時選定姓名，在按[自動報表]按鈕后，可自動生成報表并按要求打印。

該系統(tǒng)已于2002年3月投入正常使用，運行狀況良好。該系統(tǒng)能夠?qū)θ?0臺泵機組的運行狀況隨時進行監(jiān)測和故障報警，自動錄取資料，避免了人為因素造成的各種誤差，同時，也減輕了工人的勞動強度。