傳感器在抽油機井遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用
一、引言
抽油機井大多都分布在油田各采油場，其工作狀況的監(jiān)測和控制，一直是采油場一項重要和困難的內(nèi)容，一般的油井為巡視員或維修工定期巡回檢查，隨著油田現(xiàn)代化管理水平的不斷提高，早期的巡視員方式已逐漸被油井無人值守所代替。隨著工業(yè)控制技術的發(fā)展，無線遙測系統(tǒng)在國內(nèi)油井中也得到了廣泛的應用。在該系統(tǒng)中，基于CDMA通迅信道的HLD4000型遠程監(jiān)控系充分利用現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡，通過對現(xiàn)場的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、傳輸，可以實現(xiàn)油井遠程監(jiān)控需求從而實現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控，減少人員投入，縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間，極大的提高了生產(chǎn)效率，WB系列傳感在該系統(tǒng)得到了廣泛的應用。
二、WB成套傳感器介紹
WB系列電量隔離傳感器是由維博電子有限責任公司于八十年代末九十年初研制并擁有自主知識產(chǎn)權率先向市場推出的新一代高性能電量檢測產(chǎn)品，可以對電路中的電流、電壓、頻率、功率、功率因數(shù)等電參量進行高速、高精度的隔離測量和變換，也可以對微弱的電參量信號進行高速、高精度的隔離放大和傳送，將其變換調(diào)理成符合國際通用標準的電壓、電流、頻率等模擬信號輸出，或將其變換成數(shù)字量輸出、開關量狀態(tài)輸出、RS485/232輸出等，既可以和傳統(tǒng)的指針式儀表相接，更適合于與現(xiàn)代的數(shù)字式自控儀表、各種A/D轉換器、以及計算機系統(tǒng)直接配接，廣泛應用于電力、通信、鐵路、礦山、冶金、交通、儀表等行業(yè)。
本系列產(chǎn)品的輸入端與輸出端完全隔離，可以解決自動檢測及多路數(shù)據(jù)采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關鍵技術問題，有效克服共模干擾，提高系統(tǒng)精度，簡化系統(tǒng)設計，降低系統(tǒng)成本。與傳統(tǒng)的電測器具相比，本系列產(chǎn)品具有精度高、體積小、功耗低、通頻帶寬、性價比高等特點。
為了滿足廣大客戶需要成套提供傳感器的要求，維博公司于03年率先推出油田專用成套傳感器，特點簡介如下：
1、 抽油機井電源監(jiān)測 三相電壓電流輸入、RS485輸出
專門針對抽油機井用電設備而設計的隔離型組合參數(shù)智能傳感器，取代模擬變送器。其檢測信號為交流3相電壓，3相電流；輸出內(nèi)容為3電壓（有效值）、3電流（有效值）、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電度、無功電度和頻率數(shù)據(jù)。輸出可由通訊接口獲取所需的電參量數(shù)椐的標幺值，無須RTU做交流采樣。
2、專用固定負荷傳感器 量程：0～150kN； 輸出靈敏度：1mV/V；
全密封防水設計，滿足全天候使用； 優(yōu)化插頭，提高可靠性； 操作方便安全； 輸出一致，完全互換，使用壽命長。
3、壓力傳感器 量程：從0～10Kpa到0～500Mpa，輸出：標準二線制
本產(chǎn)品是本所利用進口充油隔離組件或整體不銹鋼應變引壓體，把固態(tài)集成工藝與隔離膜片技術結合在一起，擴散硅芯片被安裝在充滿硅油的圓柱腔體內(nèi)，通過不銹鋼膜片和外殼把其與測量介質(zhì)隔離開。產(chǎn)品可在惡劣環(huán)境下工作（如埋到地下）
4、角位移傳感器 量程：0～100、0～180、0～270、0～340（連續(xù)） 輸出0-5V
本品是一種以電壓輸出與軸旋轉角度為線性關系的用于測量物體旋轉位置的傳感器，其特點是精度高、壽命長、輸出平滑性好等等。
5、溫度傳感器 （井口溫度） PT1000電阻輸出
進口PT1000封裝；耐靜壓大于30Mpa；溫度響應時間快；傳感器外型可根據(jù)用戶要求定；工作溫度：-50℃～+400℃，精確度等級A級。
6、紅外雙監(jiān)（三監(jiān)）報警傳感器。
綜合當今安防領域最高科技的高性能雙窗口探測器，由主從雙組高精度被動紅外探測裝置和抗強光電路及模糊邏輯數(shù)碼核心組成，防水外殼，造型優(yōu)美。
三、HLD4000油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能
HLD4000油井監(jiān)控系統(tǒng)是勝利油田聯(lián)合電子科技大學共同研制的新一代油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
1、監(jiān)控系統(tǒng)運行環(huán)境
Ø 服務器操作系統(tǒng)：Windows （Advance） Server 2000 或Windows Server 2003服務器操作系統(tǒng)
Ø 服務器數(shù)據(jù)庫服務器：Microsoft SQL-Server 2000 標準版數(shù)據(jù)庫服務器
Ø 服務器Web服務器：Microsoft Internet Information Services （IIS） 5.0以上Web服務器
Ø 數(shù)據(jù)庫訪問組件：Microsoft Data Access Components （MDAC） 2.7及以上
Ø Microsoft .NET Framework: Microsoft .NET Framework 1.1
Ø 客戶端操作系統(tǒng)：Windows 9X以上
Ø 客戶端Web瀏覽器：IE5.5以上Web瀏覽器
2、監(jiān)控系統(tǒng)架構
3、監(jiān)控系統(tǒng)功能
基于CDMA技術的抽油機井監(jiān)測系統(tǒng)由抽油機井現(xiàn)場監(jiān)控單元和監(jiān)控中心設備及CDMA無線數(shù)據(jù)通信單元三部分組成。
現(xiàn)場監(jiān)控單元主要由各傳感器（如負荷、油管回壓、油溫、三相電流、三相電壓等，根據(jù)需要選定）、數(shù)據(jù)采集存儲處理分系統(tǒng)、CDMA通信分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)和相應的軟件等組成。監(jiān)控中心由路由器、服務器及其后臺軟件等組成。
數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)應用先進的嵌入式處理器S3C4510以及高性能單片機MSP430F149。系統(tǒng)工作時數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)實時采集各傳感器的數(shù)據(jù)，并按照相應數(shù)學計算模型進行處理，將處理結果和原始數(shù)據(jù)進行存儲，然后按照要求和數(shù)據(jù)格式將信息傳送給CDMA通信分系統(tǒng)。CDMA通信分系統(tǒng)在開機后首先與監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)鏈路，中心收到鏈路信息后即可獲得油井的運行信息，可隨時接收數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。當通信分系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的信息后，通過公共CDMA網(wǎng)絡經(jīng)VPDN，將數(shù)據(jù)發(fā)給監(jiān)控中心，或將控制中心發(fā)來的信息傳給數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)。
監(jiān)控中心是該系統(tǒng)的指揮中心，它可以通過VPDN經(jīng)CDMA網(wǎng)向現(xiàn)場監(jiān)控設備發(fā)送初始化命令和信息、可以對接收的數(shù)據(jù)進一步處理，可以將必要的信息通過網(wǎng)絡發(fā)給各部門。
系統(tǒng)監(jiān)測抽油機井電機三相電壓值、三相電流值、以及抽油機負荷、井口油管回壓、井口油管溫度等，具體方式如下：
※ 定時上傳信息
※ 輪循上傳信息
※ 隨機抽沒信息
※ 故障實時報警
※ 設備故障自檢
3．2 遠程控制功能
監(jiān)控中心可以對油井現(xiàn)場監(jiān)測單元進行以下控制：
※ 設置油管回壓、負荷、電動機功率等參數(shù)的超限值。
※ 設置沖程
※ 設置終端時間、修改IP地址
3、3 報警功能
油井現(xiàn)場監(jiān)控設備連續(xù)采集各傳感器數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理。當結果滿足監(jiān)控中心設定的正常范圍時，現(xiàn)場監(jiān)控制備就每隔一定時間（時間間隔由監(jiān)控中心設定）上傳 一次當前油井動行正常狀態(tài)字；
當結果超出監(jiān)控中心設定的正常范圍時，判定設備出現(xiàn)異常，現(xiàn)場設備上傳一個油井運行故障字，并將有關的超限參數(shù)等信息上傳至監(jiān)控中心并采取相應的措施.
3、4 輔助分析功能
監(jiān)控中心處理接收到的數(shù)據(jù)，分析油井場運行狀況項目有：
※ 抽油機平衡率分析。
※ 抽油機耗電量統(tǒng)計、分析。
※ 功圖智能判別。
※ 歷史數(shù)據(jù)比較、分析。
※ 三相電流的最大、最小值。
※ 有功功率最大、最小值。
※ 無功功率最大、最小值。
※ 上、下沖程最大電流值。
※ 功率因數(shù)量大、最小值。
四、 系統(tǒng)主要技術指標
1、檢測內(nèi)容及范圍
三相電流: 0～100A 監(jiān)測精度： 0.5%
三相電壓: 0～1200VAC 監(jiān)測精度： 0.5%
負 荷: 0～150KN 監(jiān)測精度： 0.5%
油 溫: 0～100℃ 監(jiān)測精度： 0.5%
位 移: 0～6m 監(jiān)測精度： 1%
井口油管回壓: 0～10Mpa 監(jiān)測精度： 0.5%
2、系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境
工作電源：各油井監(jiān)測點AC380V±20%或AC1140V；
溫度：－40～＋70℃；
濕度：5%～95%
3、無線通信距離
在CDMA網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)通信距離不受限制。
4、系統(tǒng)檢測時間
抽油機井現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)檢測參數(shù)和監(jiān)測時間段可本地設置或由監(jiān)控中心設定。
結束語
該系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于勝利油田，在該監(jiān)控系統(tǒng)中，使用監(jiān)測終端和配套組態(tài)軟件，監(jiān)測終端將檢測到的單口抽油機采油的現(xiàn)場狀態(tài)，通過CDMA送給監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間，極大的提高了生產(chǎn)效率，同時系統(tǒng)的性價比特高，無需采購價格昂貴的PLC控制器。另外，本系統(tǒng)還非常適合輸油管漏油，計量站，聯(lián)合站等油田生產(chǎn)過程自動化監(jiān)控系統(tǒng)。
抽油機井大多都分布在油田各采油場，其工作狀況的監(jiān)測和控制，一直是采油場一項重要和困難的內(nèi)容，一般的油井為巡視員或維修工定期巡回檢查，隨著油田現(xiàn)代化管理水平的不斷提高，早期的巡視員方式已逐漸被油井無人值守所代替。隨著工業(yè)控制技術的發(fā)展，無線遙測系統(tǒng)在國內(nèi)油井中也得到了廣泛的應用。在該系統(tǒng)中，基于CDMA通迅信道的HLD4000型遠程監(jiān)控系充分利用現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡，通過對現(xiàn)場的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、傳輸，可以實現(xiàn)油井遠程監(jiān)控需求從而實現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控，減少人員投入，縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間，極大的提高了生產(chǎn)效率，WB系列傳感在該系統(tǒng)得到了廣泛的應用。
二、WB成套傳感器介紹
WB系列電量隔離傳感器是由維博電子有限責任公司于八十年代末九十年初研制并擁有自主知識產(chǎn)權率先向市場推出的新一代高性能電量檢測產(chǎn)品，可以對電路中的電流、電壓、頻率、功率、功率因數(shù)等電參量進行高速、高精度的隔離測量和變換，也可以對微弱的電參量信號進行高速、高精度的隔離放大和傳送，將其變換調(diào)理成符合國際通用標準的電壓、電流、頻率等模擬信號輸出，或將其變換成數(shù)字量輸出、開關量狀態(tài)輸出、RS485/232輸出等，既可以和傳統(tǒng)的指針式儀表相接，更適合于與現(xiàn)代的數(shù)字式自控儀表、各種A/D轉換器、以及計算機系統(tǒng)直接配接，廣泛應用于電力、通信、鐵路、礦山、冶金、交通、儀表等行業(yè)。
本系列產(chǎn)品的輸入端與輸出端完全隔離，可以解決自動檢測及多路數(shù)據(jù)采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關鍵技術問題，有效克服共模干擾，提高系統(tǒng)精度，簡化系統(tǒng)設計，降低系統(tǒng)成本。與傳統(tǒng)的電測器具相比，本系列產(chǎn)品具有精度高、體積小、功耗低、通頻帶寬、性價比高等特點。
為了滿足廣大客戶需要成套提供傳感器的要求，維博公司于03年率先推出油田專用成套傳感器，特點簡介如下：
1、 抽油機井電源監(jiān)測 三相電壓電流輸入、RS485輸出
專門針對抽油機井用電設備而設計的隔離型組合參數(shù)智能傳感器，取代模擬變送器。其檢測信號為交流3相電壓，3相電流；輸出內(nèi)容為3電壓（有效值）、3電流（有效值）、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電度、無功電度和頻率數(shù)據(jù)。輸出可由通訊接口獲取所需的電參量數(shù)椐的標幺值，無須RTU做交流采樣。
2、專用固定負荷傳感器 量程：0～150kN； 輸出靈敏度：1mV/V；
全密封防水設計，滿足全天候使用； 優(yōu)化插頭，提高可靠性； 操作方便安全； 輸出一致，完全互換，使用壽命長。
3、壓力傳感器 量程：從0～10Kpa到0～500Mpa，輸出：標準二線制
本產(chǎn)品是本所利用進口充油隔離組件或整體不銹鋼應變引壓體，把固態(tài)集成工藝與隔離膜片技術結合在一起，擴散硅芯片被安裝在充滿硅油的圓柱腔體內(nèi)，通過不銹鋼膜片和外殼把其與測量介質(zhì)隔離開。產(chǎn)品可在惡劣環(huán)境下工作（如埋到地下）
4、角位移傳感器 量程：0～100、0～180、0～270、0～340（連續(xù)） 輸出0-5V
本品是一種以電壓輸出與軸旋轉角度為線性關系的用于測量物體旋轉位置的傳感器，其特點是精度高、壽命長、輸出平滑性好等等。
5、溫度傳感器 （井口溫度） PT1000電阻輸出
進口PT1000封裝；耐靜壓大于30Mpa；溫度響應時間快；傳感器外型可根據(jù)用戶要求定；工作溫度：-50℃～+400℃，精確度等級A級。
6、紅外雙監(jiān)（三監(jiān)）報警傳感器。
綜合當今安防領域最高科技的高性能雙窗口探測器，由主從雙組高精度被動紅外探測裝置和抗強光電路及模糊邏輯數(shù)碼核心組成，防水外殼，造型優(yōu)美。
三、HLD4000油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能
HLD4000油井監(jiān)控系統(tǒng)是勝利油田聯(lián)合電子科技大學共同研制的新一代油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
1、監(jiān)控系統(tǒng)運行環(huán)境
Ø 服務器操作系統(tǒng)：Windows （Advance） Server 2000 或Windows Server 2003服務器操作系統(tǒng)
Ø 服務器數(shù)據(jù)庫服務器：Microsoft SQL-Server 2000 標準版數(shù)據(jù)庫服務器
Ø 服務器Web服務器：Microsoft Internet Information Services （IIS） 5.0以上Web服務器
Ø 數(shù)據(jù)庫訪問組件：Microsoft Data Access Components （MDAC） 2.7及以上
Ø Microsoft .NET Framework: Microsoft .NET Framework 1.1
Ø 客戶端操作系統(tǒng)：Windows 9X以上
Ø 客戶端Web瀏覽器：IE5.5以上Web瀏覽器
2、監(jiān)控系統(tǒng)架構
3、監(jiān)控系統(tǒng)功能
基于CDMA技術的抽油機井監(jiān)測系統(tǒng)由抽油機井現(xiàn)場監(jiān)控單元和監(jiān)控中心設備及CDMA無線數(shù)據(jù)通信單元三部分組成。
現(xiàn)場監(jiān)控單元主要由各傳感器（如負荷、油管回壓、油溫、三相電流、三相電壓等，根據(jù)需要選定）、數(shù)據(jù)采集存儲處理分系統(tǒng)、CDMA通信分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)和相應的軟件等組成。監(jiān)控中心由路由器、服務器及其后臺軟件等組成。
數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)應用先進的嵌入式處理器S3C4510以及高性能單片機MSP430F149。系統(tǒng)工作時數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)實時采集各傳感器的數(shù)據(jù)，并按照相應數(shù)學計算模型進行處理，將處理結果和原始數(shù)據(jù)進行存儲，然后按照要求和數(shù)據(jù)格式將信息傳送給CDMA通信分系統(tǒng)。CDMA通信分系統(tǒng)在開機后首先與監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)鏈路，中心收到鏈路信息后即可獲得油井的運行信息，可隨時接收數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。當通信分系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的信息后，通過公共CDMA網(wǎng)絡經(jīng)VPDN，將數(shù)據(jù)發(fā)給監(jiān)控中心，或將控制中心發(fā)來的信息傳給數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)。
監(jiān)控中心是該系統(tǒng)的指揮中心，它可以通過VPDN經(jīng)CDMA網(wǎng)向現(xiàn)場監(jiān)控設備發(fā)送初始化命令和信息、可以對接收的數(shù)據(jù)進一步處理，可以將必要的信息通過網(wǎng)絡發(fā)給各部門。
系統(tǒng)監(jiān)測抽油機井電機三相電壓值、三相電流值、以及抽油機負荷、井口油管回壓、井口油管溫度等，具體方式如下：
※ 定時上傳信息
※ 輪循上傳信息
※ 隨機抽沒信息
※ 故障實時報警
※ 設備故障自檢
3．2 遠程控制功能
監(jiān)控中心可以對油井現(xiàn)場監(jiān)測單元進行以下控制：
※ 設置油管回壓、負荷、電動機功率等參數(shù)的超限值。
※ 設置沖程
※ 設置終端時間、修改IP地址
3、3 報警功能
油井現(xiàn)場監(jiān)控設備連續(xù)采集各傳感器數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理。當結果滿足監(jiān)控中心設定的正常范圍時，現(xiàn)場監(jiān)控制備就每隔一定時間（時間間隔由監(jiān)控中心設定）上傳 一次當前油井動行正常狀態(tài)字；
當結果超出監(jiān)控中心設定的正常范圍時，判定設備出現(xiàn)異常，現(xiàn)場設備上傳一個油井運行故障字，并將有關的超限參數(shù)等信息上傳至監(jiān)控中心并采取相應的措施.
3、4 輔助分析功能
監(jiān)控中心處理接收到的數(shù)據(jù)，分析油井場運行狀況項目有：
※ 抽油機平衡率分析。
※ 抽油機耗電量統(tǒng)計、分析。
※ 功圖智能判別。
※ 歷史數(shù)據(jù)比較、分析。
※ 三相電流的最大、最小值。
※ 有功功率最大、最小值。
※ 無功功率最大、最小值。
※ 上、下沖程最大電流值。
※ 功率因數(shù)量大、最小值。
四、 系統(tǒng)主要技術指標
1、檢測內(nèi)容及范圍
三相電流: 0～100A 監(jiān)測精度： 0.5%
三相電壓: 0～1200VAC 監(jiān)測精度： 0.5%
負 荷: 0～150KN 監(jiān)測精度： 0.5%
油 溫: 0～100℃ 監(jiān)測精度： 0.5%
位 移: 0～6m 監(jiān)測精度： 1%
井口油管回壓: 0～10Mpa 監(jiān)測精度： 0.5%
2、系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境
工作電源：各油井監(jiān)測點AC380V±20%或AC1140V；
溫度：－40～＋70℃；
濕度：5%～95%
3、無線通信距離
在CDMA網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)通信距離不受限制。
4、系統(tǒng)檢測時間
抽油機井現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)檢測參數(shù)和監(jiān)測時間段可本地設置或由監(jiān)控中心設定。
結束語
該系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于勝利油田，在該監(jiān)控系統(tǒng)中，使用監(jiān)測終端和配套組態(tài)軟件，監(jiān)測終端將檢測到的單口抽油機采油的現(xiàn)場狀態(tài)，通過CDMA送給監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間，極大的提高了生產(chǎn)效率，同時系統(tǒng)的性價比特高，無需采購價格昂貴的PLC控制器。另外，本系統(tǒng)還非常適合輸油管漏油，計量站，聯(lián)合站等油田生產(chǎn)過程自動化監(jiān)控系統(tǒng)。
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