油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術解決

油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術解決
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：在計量站采集流量、壓力數(shù)據(jù)，基于GSM消息傳輸技術和工控組態(tài)軟件，實現(xiàn)中心監(jiān)控和統(tǒng)計分析，重點論述管網(wǎng)漏點定位監(jiān)控等關鍵技術問題。
關鍵詞：漏點定位；消息傳輸；MCGS；監(jiān)控

 引言
建立一套實時檢測監(jiān)控油田管線原油實時數(shù)據(jù)（包括瞬時流量計算、流量累積、含水、密度、壓力、溫度、泄漏等參數(shù)）的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，及時反映各測試點的原油輸送情況，提高計量的高精度、高可靠性和實時性，是實現(xiàn)石油生產(chǎn)從測量到管理自動化、智能化、建立了一套測試標準體系有效的手段之一。該網(wǎng)絡系統(tǒng)具有油田管線監(jiān)控、動畫顯示、實時存儲、實時查詢、實時報警、歷史曲
線查詢、各種報表的自動生成、打印及輸油管線漏點監(jiān)測(士5%距離精度)功能。服務器統(tǒng)計所有工作站的實時數(shù)據(jù)，實時生成各種報表和曲線， 通過網(wǎng)絡供職能部門掌握生產(chǎn)狀況進行管理決策，容易與MISS系統(tǒng)結(jié)合，參與管理。
  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點
油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)由計量站前置單元和監(jiān)測中心兩大部分組成，其系統(tǒng)網(wǎng)絡組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

計量站前置單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括工控機、檢測儀表（具有智能傳感器）、數(shù)據(jù)采集卡，光電隔離電路、開關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、主控計算機、服務器及企業(yè)MISS系統(tǒng)網(wǎng)絡接入設備組成，如圖3所示。
 整個系統(tǒng)的軟件基于Windows NT環(huán)境下，采用先進的組態(tài)軟件MCGS和編程語言VB實現(xiàn)管網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)控處理，并應用SQL Server 2000大型數(shù)據(jù)庫動態(tài)地存儲大量關聯(lián)數(shù)據(jù)、重要的信息資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問以及應用的高度獨立性。
油田管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)具有以下特點：
* 設備投資少，無需通訊網(wǎng)架投資；
* 運行費用低；
* 組網(wǎng)靈活，可隨時增減監(jiān)測節(jié)點；
* 可與MISS系統(tǒng)結(jié)合，參與生產(chǎn)運輸管理；
* 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)
 關鍵技術
  傳感器準確性
 油田管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)的前端計量主要監(jiān)測溫度（℃）、壓力（Mpa）、體積流量（）等實時參數(shù)，輔以預置按照規(guī)定時間間隔人工測量參數(shù)及修正系數(shù)，通過函數(shù)計算可得出管線流動原油的質(zhì)量，這是原油生產(chǎn)的最關鍵參數(shù)，因此傳感器準確計量技術是系統(tǒng)監(jiān)控的基礎，是數(shù)據(jù)準確性的保證。系統(tǒng)前端計量既要采用高質(zhì)量、高可靠性的傳感器，同時計算方法既要有理論保證，也要在實踐中不斷地積累經(jīng)驗總結(jié)規(guī)律加以修正。
  漏點監(jiān)測和定位
 輸油管線漏點監(jiān)測是系統(tǒng)中比較重要和復雜的技術問題，在漏油的瞬間，漏油點處產(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)作為檢測判斷依據(jù)，根據(jù)管道兩邊壓力波動時刻及壓力波到達管道兩邊的時間差，從而利用以下公式近似計算出漏油點的位置:
  X= (L+ _T*V)/2
式中X為漏油點距管道一端的距離，L為管道的總長度，_T為壓力波到達管道兩端的差值，V為壓力波在管道內(nèi)傳播的速度。
 利用壓力波算法來計算漏點位置，需要計量站采集的管道兩端的壓力信號，為了精確的計算時間差，計量站要具有與服務器時間同步功能，監(jiān)控中心處理程序接收計量站發(fā)送過來的壓力和時間數(shù)據(jù)，自動計算出首末計量站壓力波動信號時刻差，如果差值在規(guī)定范圍內(nèi)，就說明出現(xiàn)漏油情況，并能計算出漏油點的位置，系統(tǒng)進行報警，通知相關人員進行處理。
 通常情況下壓力信號疊加有噪聲，所以采用二次曲線進行消除噪聲，以提高定位精度和減小誤差。實際應用證明誤差基本在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全球移動通信系統(tǒng)，并且?guī)缀跏请p套網(wǎng)絡（中國移動和聯(lián)通）覆蓋，SMS消息服務業(yè)務，是GSM移動通訊網(wǎng)絡提供給用戶的一種數(shù)字業(yè)務，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短消息服務中心的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)機制，當接收端因某種原因關機時，SMSC會保留該信息（通常為24小時），一旦接收端開機，SMSC會立即發(fā)送。每條短信的信息量限制在140個字節(jié)，如果超過此長度，可分為多條發(fā)送。
 實現(xiàn)原油生產(chǎn)自動化的在線監(jiān)控系統(tǒng)，建設之初根本無須投入巨大的專網(wǎng)建設投資，同時也節(jié)省了網(wǎng)絡維護費用，利用"公網(wǎng)"提供的服務業(yè)務組建"專網(wǎng)"具有投資少，不用維護，安全性強和可靠性高等優(yōu)點,幾年的消息服務費用遠遠低于獨立建設專網(wǎng)的費用，而且使用虛擬網(wǎng)方式還可以進一步降低費用。在GSM網(wǎng)絡不斷發(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，為用戶提供了設備驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、流程控制、動畫顯示、報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、多線程功能。
 油田管網(wǎng)在線監(jiān)控測系統(tǒng)框架采用VB編程，通過OLE技術與MCGS組態(tài)軟件接口，實現(xiàn)個性化的管網(wǎng)監(jiān)控功能，
 根據(jù)實際監(jiān)控的要求，基于相應的硬件設備，用MCGS組態(tài)軟件對監(jiān)控系統(tǒng)進行應用軟件系統(tǒng)的組態(tài)，其具體的組態(tài)過程簡述如下：
 （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，對其系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)進行定義和設置。
（2）設備構(gòu)件的組態(tài)
在MCGS的“設備窗口”中對檢測儀表、數(shù)據(jù)采集卡等進行設置和組態(tài)。
（3）用戶界面的組態(tài)
 按監(jiān)控系統(tǒng)的要求和用戶的習慣，在MCGS的“用戶窗口”中用MCGS的工具進行系統(tǒng)運行封面和主控界面的設計組態(tài)。
 （4）實時數(shù)據(jù)對象的組態(tài)
 在MCGS的“實時數(shù)據(jù)庫窗口”中分別對有關的數(shù)據(jù)和變量等進行定義和設置。
 （5）運行策略的組態(tài)
 在MCGS“運行策略”窗口中，可分別對系統(tǒng)的“啟動策略”、“循環(huán)策略”、“存盤策略”等進行設置和組態(tài)。
 在MCGS的組態(tài)環(huán)境中完成各項組態(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”，在MCGS環(huán)境中運行應用軟件系統(tǒng)。
   應用軟件和數(shù)據(jù)庫
 監(jiān)控中心由消息收發(fā)模塊、系統(tǒng)計算機、服務器、應用軟件和數(shù)據(jù)庫組成計算機局域網(wǎng)，實現(xiàn)工作狀態(tài)顯示、報表統(tǒng)計打印、數(shù)據(jù)分析和通過消息向職能人員手機發(fā)送消息等功能。
編寫應用軟件處理程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)計算機的圖形化主界面、數(shù)據(jù)分析功能、數(shù)據(jù)計算以及狀態(tài)曲線描繪等功能，實時顯示計量站的工藝流程圖，并在工藝流程圖相應位置（管道）上動態(tài)實時顯示與之對應的壓力、瞬時流量等參數(shù)及狀態(tài)。
服務器數(shù)據(jù)庫存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)庫，記錄設備工作狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)、維護信息和故障歷史記錄。
 結(jié)語
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用證明了該系統(tǒng)能夠提高計量準確度，在石油生產(chǎn)中取得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，減少了人工，提升了工作效率，實現(xiàn)了原油計量監(jiān)測的自動化，通過科技手段實現(xiàn)了企業(yè)的現(xiàn)代化管理。

參考文獻：

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