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(jì)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(gè)流量計(jì)和壓力變送器當(dāng)作Modbus設(shè)備站在軟件上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，存在嚴(yán)重不足：(1)軟件在采集過程數(shù)據(jù)時(shí)需逐個(gè)儀表的進(jìn)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?dāng)?shù)據(jù)采集也會(huì)受到影響;(2)長慶現(xiàn)場實(shí)際情況不一，閥組間采用的流量計(jì)、壓力變送器的廠家不一，協(xié)議各異，開發(fā)和維護(hù)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(shí)時(shí)采集分水器壓力、注水井壓力、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等實(shí)時(shí)參數(shù)，并通過遠(yuǎn)程注配調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對井口按計(jì)劃、按實(shí)際流量需求進(jìn)行注水等功能。SM40P-5000KB-F閥組間采集器，起到一個(gè)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(jì)或壓力變送器,軟件支持各種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議或者自定義協(xié)議?？杉嫒莞鱾€(gè)廠家的儀表設(shè)備，給設(shè)備的維護(hù)和后期改造帶來很多便利條件;本地?zé)o線可實(shí)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(jī)對閥組間儀表逐個(gè)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(jī)的數(shù)據(jù)接口，便于上位機(jī)軟件的開發(fā)調(diào)試和維護(hù)。

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(shí)流量、累計(jì)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(yuǎn)程調(diào)配注水流量等。

1.3.站控?cái)?shù)據(jù)采集：站控中心遠(yuǎn)程管控RTU。根據(jù)設(shè)置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)并形成報(bào)表，還可進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)配注水流量等。

2.通訊指標(biāo)

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(diǎn)。GFSK窄帶調(diào)制，同時(shí)采用了高效前向糾錯(cuò)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(jī)的采集器與RTU之間無線通訊。

2.2. 圖2模式,總線通訊：RTU擴(kuò)展數(shù)據(jù)通訊RS485,1路，可通過標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)程通訊：Ethernet接口，10BASE-T PHY，兼容100/1000 BASE-T 網(wǎng)絡(luò)。

二.實(shí)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(gè)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(gè)井場安裝一臺(tái)RTU監(jiān)測井場注水閥組間數(shù)據(jù)和抽油機(jī)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(diǎn)容量：每臺(tái)RS485接口設(shè)備(流量計(jì)或分水器壓力表等)為一路節(jié)點(diǎn)，本采集器可接0～32路節(jié)點(diǎn)。1路節(jié)點(diǎn)監(jiān)測1口水井變量包括管壓、瞬時(shí)流量、累積流量或監(jiān)測一個(gè)分水器壓力。

1.2.實(shí)時(shí)監(jiān)測：閥組間總體一個(gè)分水器(匯管)壓力及各水井的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、注水壓力數(shù)據(jù);

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

1.4.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：容量32KB字節(jié)，按10口井分配，采集周期10秒，可保存364個(gè)包(折合1小時(shí))的數(shù)據(jù)。即便通訊中斷(不超過1小時(shí))，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(tái)

擴(kuò)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(tái)。

3.技術(shù)指標(biāo)

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

3.2. EMC抑制能力，IEC61000-4-4強(qiáng)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(diǎn)。GFSK窄帶調(diào)制。

3.5.擴(kuò)展數(shù)據(jù)通訊接口：EIA-RS485-A標(biāo)準(zhǔn)，光電隔離，隔離電壓1000Vdc/1分鐘。

3.6.RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，F(xiàn)RM鐵電存儲(chǔ)器，容量32KB字節(jié)。確保通訊不暢通時(shí)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(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至站控中心，無需中介井場RTU，適用于單井“一拖一”遠(yuǎn)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(gè)井場。 即一個(gè)RTU管理一個(gè)井場內(nèi)多口油井和閥組間，即“一拖多”模式，一個(gè)井場僅需要一臺(tái)RTU、一套通訊設(shè)備等，綜合成本較低。