油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)解決

油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)解決
The Key Technology of On-line Monitor System for Oil-field Pipe Line
大慶石油管理局     陳慶宏 郭士增
摘要：在計(jì)量站采集流量、壓力數(shù)據(jù)，基于GSM消息傳輸技術(shù)和工控組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)中心監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)分析，重點(diǎn)論述管網(wǎng)漏點(diǎn)定位監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)問題。
關(guān)鍵詞：漏點(diǎn)定位；消息傳輸；MCGS；監(jiān)控

 引言
建立一套實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)控油田管線原油實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（包括瞬時(shí)流量計(jì)算、流量累積、含水、密度、壓力、溫度、泄漏等參數(shù)）的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，及時(shí)反映各測(cè)試點(diǎn)的原油輸送情況，提高計(jì)量的高精度、高可靠性和實(shí)時(shí)性，是實(shí)現(xiàn)石油生產(chǎn)從測(cè)量到管理自動(dòng)化、智能化、建立了一套測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系有效的手段之一。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有油田管線監(jiān)控、動(dòng)畫顯示、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)查詢、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史曲
線查詢、各種報(bào)表的自動(dòng)生成、打印及輸油管線漏點(diǎn)監(jiān)測(cè)(士5%距離精度)功能。服務(wù)器統(tǒng)計(jì)所有工作站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生成各種報(bào)表和曲線， 通過網(wǎng)絡(luò)供職能部門掌握生產(chǎn)狀況進(jìn)行管理決策，容易與MISS系統(tǒng)結(jié)合，參與管理。
  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)由計(jì)量站前置單元和監(jiān)測(cè)中心兩大部分組成，其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

計(jì)量站前置單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括工控機(jī)、檢測(cè)儀表（具有智能傳感器）、數(shù)據(jù)采集卡，光電隔離電路、開關(guān)量輸出控制模塊及接口
圖1 油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
電路、無線通訊消息傳輸模塊及天線等幾部分，前置單元組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 前置單元組成結(jié)構(gòu)
監(jiān)控中心主要由天線、消息傳輸模塊、主控計(jì)算機(jī)、服務(wù)器及企業(yè)MISS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備組成，如圖3所示。
 整個(gè)系統(tǒng)的軟件基于Windows NT環(huán)境下，采用先進(jìn)的組態(tài)軟件MCGS和編程語(yǔ)言VB實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)控處理，并應(yīng)用SQL Server 2000大型數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、重要的信息資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問以及應(yīng)用的高度獨(dú)立性。
油田管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
* 設(shè)備投資少，無需通訊網(wǎng)架投資；
* 運(yùn)行費(fèi)用低；
* 組網(wǎng)靈活，可隨時(shí)增減監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)；
* 可與MISS系統(tǒng)結(jié)合，參與生產(chǎn)運(yùn)輸管理；
* 圖形化主站系統(tǒng)，直觀方便，操作靈活。

圖3 監(jiān)控中心組成結(jié)構(gòu)
 關(guān)鍵技術(shù)
  傳感器準(zhǔn)確性
 油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)的前端計(jì)量主要監(jiān)測(cè)溫度（℃）、壓力（Mpa）、體積流量（）等實(shí)時(shí)參數(shù)，輔以預(yù)置按照規(guī)定時(shí)間間隔人工測(cè)量參數(shù)及修正系數(shù)，通過函數(shù)計(jì)算可得出管線流動(dòng)原油的質(zhì)量，這是原油生產(chǎn)的最關(guān)鍵參數(shù)，因此傳感器準(zhǔn)確計(jì)量技術(shù)是系統(tǒng)監(jiān)控的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的保證。系統(tǒng)前端計(jì)量既要采用高質(zhì)量、高可靠性的傳感器，同時(shí)計(jì)算方法既要有理論保證，也要在實(shí)踐中不斷地積累經(jīng)驗(yàn)總結(jié)規(guī)律加以修正。
  漏點(diǎn)監(jiān)測(cè)和定位
 輸油管線漏點(diǎn)監(jiān)測(cè)是系統(tǒng)中比較重要和復(fù)雜的技術(shù)問題，在漏油的瞬間，漏油點(diǎn)處產(chǎn)生壓力波，并向管道兩邊以近似恒定的速度傳播，因此確定壓力參數(shù)作為檢測(cè)判斷依據(jù)，根據(jù)管道兩邊壓力波動(dòng)時(shí)刻及壓力波到達(dá)管道兩邊的時(shí)間差，從而利用以下公式近似計(jì)算出漏油點(diǎn)的位置:
  X= (L+ _T*V)/2
式中X為漏油點(diǎn)距管道一端的距離，L為管道的總長(zhǎng)度，_T為壓力波到達(dá)管道兩端的差值，V為壓力波在管道內(nèi)傳播的速度。
 利用壓力波算法來計(jì)算漏點(diǎn)位置，需要計(jì)量站采集的管道兩端的壓力信號(hào)，為了精確的計(jì)算時(shí)間差，計(jì)量站要具有與服務(wù)器時(shí)間同步功能，監(jiān)控中心處理程序接收計(jì)量站發(fā)送過來的壓力和時(shí)間數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算出首末計(jì)量站壓力波動(dòng)信號(hào)時(shí)刻差，如果差值在規(guī)定范圍內(nèi)，就說明出現(xiàn)漏油情況，并能計(jì)算出漏油點(diǎn)的位置，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。
 通常情況下壓力信號(hào)疊加有噪聲，所以采用二次曲線進(jìn)行消除噪聲，以提高定位精度和減小誤差。實(shí)際應(yīng)用證明誤差基本在5%以內(nèi)。
  SMS消息傳送
 油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)依托的是GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，并且?guī)缀跏请p套網(wǎng)絡(luò)（中國(guó)移動(dòng)和聯(lián)通）覆蓋，SMS消息服務(wù)業(yè)務(wù)，是GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)提供給用戶的一種數(shù)字業(yè)務(wù)，SMS為雙向通訊，具有一定的交互能力，信息發(fā)送端根據(jù)狀態(tài)報(bào)告能知道信息是否已被接收端收到，因此具有較高的可靠性。信息依靠了SMSC短消息服務(wù)中心的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，當(dāng)接收端因某種原因關(guān)機(jī)時(shí)，SMSC會(huì)保留該信息（通常為24小時(shí)），一旦接收端開機(jī)，SMSC會(huì)立即發(fā)送。每條短信的信息量限制在140個(gè)字節(jié)，如果超過此長(zhǎng)度，可分為多條發(fā)送。
 實(shí)現(xiàn)原油生產(chǎn)自動(dòng)化的在線監(jiān)控系統(tǒng)，建設(shè)之初根本無須投入巨大的專網(wǎng)建設(shè)投資，同時(shí)也節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用，利用"公網(wǎng)"提供的服務(wù)業(yè)務(wù)組建"專網(wǎng)"具有投資少，不用維護(hù)，安全性強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn),幾年的消息服務(wù)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于獨(dú)立建設(shè)專網(wǎng)的費(fèi)用，而且使用虛擬網(wǎng)方式還可以進(jìn)一步降低費(fèi)用。在GSM網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展情況下，采用"多媒體短信（彩信）"方式，還可以增加“遙視"功能。
  MCGS組態(tài)軟件應(yīng)用
 系統(tǒng)監(jiān)控中心MCGS是基于WindowsNT操作系統(tǒng)，構(gòu)造和生成監(jiān)控功能的組態(tài)軟件包，為用戶提供了設(shè)備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出等工程問題的完整解決方案和操作工具。MCGS組態(tài)軟件具有多任務(wù)、多線程功能。
 油田管網(wǎng)在線監(jiān)控測(cè)系統(tǒng)框架采用VB編程，通過OLE技術(shù)與MCGS組態(tài)軟件接口，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的管網(wǎng)監(jiān)控功能，
 根據(jù)實(shí)際監(jiān)控的要求，基于相應(yīng)的硬件設(shè)備，用MCGS組態(tài)軟件對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用軟件系統(tǒng)的組態(tài)，其具體的組態(tài)過程簡(jiǎn)述如下：
 （1）系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)組態(tài)
  在MCGS的“主控窗口”中，按監(jiān)控系統(tǒng)的要求，對(duì)其系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行定義和設(shè)置。
（2）設(shè)備構(gòu)件的組態(tài)
在MCGS的“設(shè)備窗口”中對(duì)檢測(cè)儀表、數(shù)據(jù)采集卡等進(jìn)行設(shè)置和組態(tài)。
（3）用戶界面的組態(tài)
 按監(jiān)控系統(tǒng)的要求和用戶的習(xí)慣，在MCGS的“用戶窗口”中用MCGS的工具進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行封面和主控界面的設(shè)計(jì)組態(tài)。
 （4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)象的組態(tài)
 在MCGS的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口”中分別對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)和變量等進(jìn)行定義和設(shè)置。
 （5）運(yùn)行策略的組態(tài)
 在MCGS“運(yùn)行策略”窗口中，可分別對(duì)系統(tǒng)的“啟動(dòng)策略”、“循環(huán)策略”、“存盤策略”等進(jìn)行設(shè)置和組態(tài)。
 在MCGS的組態(tài)環(huán)境中完成各項(xiàng)組態(tài)工作之后，系統(tǒng)可生成在線監(jiān)控功能的“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)”，在MCGS環(huán)境中運(yùn)行應(yīng)用軟件系統(tǒng)。
   應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)
 監(jiān)控中心由消息收發(fā)模塊、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)組成計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)顯示、報(bào)表統(tǒng)計(jì)打印、數(shù)據(jù)分析和通過消息向職能人員手機(jī)發(fā)送消息等功能。
編寫應(yīng)用軟件處理程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的圖形化主界面、數(shù)據(jù)分析功能、數(shù)據(jù)計(jì)算以及狀態(tài)曲線描繪等功能，實(shí)時(shí)顯示計(jì)量站的工藝流程圖，并在工藝流程圖相應(yīng)位置（管道）上動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示與之對(duì)應(yīng)的壓力、瞬時(shí)流量等參數(shù)及狀態(tài)。
服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄設(shè)備工作狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)、維護(hù)信息和故障歷史記錄。
 結(jié)語(yǔ)
油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)在大慶油田采油廠的成功應(yīng)用證明了該系統(tǒng)能夠提高計(jì)量準(zhǔn)確度，在石油生產(chǎn)中取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，減少了人工，提升了工作效率，實(shí)現(xiàn)了原油計(jì)量監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化，通過科技手段實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的現(xiàn)代化管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄒建新，GSM短消息接口協(xié)議SMPP的研究，武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2000.12：12_17
[3] 劉俊、胡國(guó)棟，MCGS工控組態(tài)用戶指南，昆侖通態(tài)軟件公司，2001：1661