基于DCS原理設(shè)計(jì)的抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信
3．1 自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)通信
油氣田自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)相對(duì)封閉獨(dú)立的自動(dòng)化工控網(wǎng)絡(luò)，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制網(wǎng)與企業(yè)辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換通暢，需要設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所以油田自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)需求，采用內(nèi)部IP地址，通過(guò)路由方式與企業(yè)辦公局域網(wǎng)建立連接，并以NAT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部IP地址與企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)IP地址間的“邏輯”鏈路連接。所以自動(dòng)化系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須滿足自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全及與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換通暢的要求。
3．2 自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)通信
為了保證通信的完整性，大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路。為了系統(tǒng)的安全性，使用復(fù)雜的通信歸約和檢錯(cuò)技術(shù)。所謂通信歸約就是一組規(guī)則，用來(lái)保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解使它與發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由總部中心控制室的主工作站和下級(jí)各分工程師站的子站構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，主工作站同時(shí)可以掛在網(wǎng)絡(luò)上，允許其他有協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)共享數(shù)據(jù)資源。具體工作方式采用主從式，即主站巡回呼叫各個(gè)子站，同時(shí)下傳數(shù)據(jù)。相應(yīng)地被呼叫的子站接收數(shù)據(jù)并按要求上傳數(shù)據(jù)。收集到的數(shù)據(jù)由組態(tài)軟件管理在主機(jī)上實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)供第三方使用。實(shí)際的系統(tǒng)組態(tài)根據(jù)具體的管理層設(shè)置了兩層管理權(quán)限，即公司級(jí)管理員、現(xiàn)場(chǎng)操作級(jí)管理員。根據(jù)用戶名和密碼權(quán)限，公司級(jí)管理員能夠進(jìn)入系統(tǒng)所有頁(yè)面并進(jìn)行操作，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)管理員則只能進(jìn)入相應(yīng)的管理區(qū)域頁(yè)面進(jìn)行監(jiān)管操作。采用網(wǎng)絡(luò)版的工控組態(tài)軟件，該軟件不但可以提供逼真的系統(tǒng)工藝圖，同時(shí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示控制現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)和該系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)。
對(duì)于管理而言，系統(tǒng)采用基于工藝流程顯示、控制的組態(tài)軟件，它的人機(jī)界面好，管理功能強(qiáng)，同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠做到數(shù)據(jù)有效管理和共享。

4 系統(tǒng)可靠性的對(duì)策
4．1 對(duì)系統(tǒng)可靠性的一般理解
系統(tǒng)的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。作為產(chǎn)品的一個(gè)特性指標(biāo)，可靠性具有綜合性、時(shí)間性和統(tǒng)計(jì)性的特點(diǎn)。所謂“綜合性”是指它不是從某一個(gè)側(cè)面來(lái)衡量產(chǎn)品的優(yōu)劣，而是從整體上評(píng)價(jià)系統(tǒng)能否完成預(yù)定的功能來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)產(chǎn)品的優(yōu)劣。所謂“時(shí)間性”是指系統(tǒng)在整個(gè)使用周期內(nèi)，隨著時(shí)間的推移，在各種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件和不同的使用條件下，保持與該系統(tǒng)出廠驗(yàn)收所達(dá)到的一切功能的能力。所謂“統(tǒng)計(jì)性”是指一套DCS可靠性的高低是不能用儀器在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)測(cè)量出來(lái)的，而是需要通過(guò)大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的積累，按照一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律才能求出。前端自動(dòng)化測(cè)控儀表等設(shè)備長(zhǎng)期工作在強(qiáng)腐蝕高溫高壓狀態(tài)下，對(duì)設(shè)備的硬件耐用性要求非常高。設(shè)計(jì)中利用雙重化冗余技術(shù)來(lái)達(dá)到高的可靠性，減少依賴于人工智能、無(wú)程序可循的工程業(yè)務(wù)和維修作業(yè)。系統(tǒng)可靠性的保證更為復(fù)雜，在這里筆者列舉系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)采集的前端進(jìn)行數(shù)字信號(hào)隔離，可以使得系統(tǒng)的可靠性大大提高。
4．2 提高單個(gè)設(shè)備使用從而提升系統(tǒng)整體安全
要提高設(shè)備的性能安全性，首先要了解該系統(tǒng)自動(dòng)化儀表測(cè)量的實(shí)際指標(biāo)，包括壓力、溫度、流量等。這些被測(cè)量值是會(huì)被傳感器等采集設(shè)備輸出作為電信號(hào)被讀取的。由此該系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)所要測(cè)量的基本指標(biāo)為：
壓力測(cè)量一般采用應(yīng)變式壓力傳感器，精度高達(dá)(0．2％～0．3％)，輸出為0～5 V；溫度的測(cè)量一般采用美國(guó)AD公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD59KH，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)化的線性電流，綜合了多種測(cè)量元件的優(yōu)點(diǎn)；對(duì)于流量測(cè)量可以利用流量計(jì)，取其輸出的脈沖信號(hào)，同樣可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入該系統(tǒng)的檢測(cè)單元。
因此，可以通過(guò)減少非正常電信號(hào)對(duì)設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)單個(gè)設(shè)備使用壽命。檢測(cè)并將信號(hào)送到AI模塊前，因電流轉(zhuǎn)換輸送單元與強(qiáng)電直接連接，高低壓之間無(wú)隔離，強(qiáng)電容易竄入AI模塊。輕者損壞模塊的某個(gè)通道，重者引起DCS中AI模塊的損壞，進(jìn)而導(dǎo)致整塊AI模塊故障，使控制級(jí)主站的很多工藝參數(shù)不能顯示。所以加入數(shù)字I／O隔離模塊。被測(cè)的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)變換成數(shù)字信號(hào)，輸入到計(jì)算機(jī)CPU處理單元，A／D轉(zhuǎn)換為12位精度地轉(zhuǎn)換模塊，其他兩個(gè)環(huán)節(jié)的精度和匹配是測(cè)量的關(guān)鍵。做如上信號(hào)處理后，可以最大限度的保護(hù)系統(tǒng)后環(huán)節(jié)的電子設(shè)備及模塊，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性。原理圖如圖2所示。

5 結(jié) 語(yǔ)
該系統(tǒng)建成后可實(shí)時(shí)掌握抽油機(jī)的工作狀態(tài)，可以提高抽油機(jī)采油的工作效率。在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)及早發(fā)現(xiàn)，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，縮短診斷故障的時(shí)間，有效地提高開(kāi)井率。通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信與主站計(jì)算機(jī)相接，可以使公司管理層直接了解各油井抽油機(jī)的工作狀態(tài)，縮短生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳遞周期，提高資料錄入存取的準(zhǔn)確性。公司管理與生產(chǎn)決策人員可以通過(guò)中央控制室計(jì)算機(jī)直接了解各油井的示功圖變化，及時(shí)進(jìn)行分析、診斷，從而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)，組織生產(chǎn)的目的。抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建成可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)提交、報(bào)表自動(dòng)生成。從而降低勞動(dòng)強(qiáng)度，可以同時(shí)為工程、地質(zhì)人員提供準(zhǔn)確及時(shí)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)掌握油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和油田生產(chǎn)狀況。利用該系統(tǒng)可及時(shí)了解全油田的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，通過(guò)多個(gè)實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)的全面展示可以對(duì)某一生產(chǎn)分系統(tǒng)(如集輸系統(tǒng))進(jìn)行全面分析與監(jiān)測(cè)，為系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行提供參考依據(jù)。通過(guò)全部油井的逐一計(jì)量，可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)全油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的及時(shí)掌握，為油田的技術(shù)措施提供數(shù)據(jù)支持。自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向關(guān)系數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化數(shù)據(jù)與ERP等管理軟件的無(wú)縫接入，使自動(dòng)化數(shù)據(jù)直接用于原油的生產(chǎn)運(yùn)輸與管理，服務(wù)于企業(yè)的生產(chǎn)。