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    1. 系統(tǒng)實(shí)施背景

    對(duì)井下液位高度的測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀況的監(jiān)測(cè)是測(cè)井工作的重要組成部分，通過對(duì)各種井下、井上工況參數(shù)的監(jiān)測(cè)可以全面控管排采井的水位、排量以及螺桿泵的運(yùn)行狀態(tài)，在抽水控制、排采監(jiān)測(cè)、制止違規(guī)操作等方面發(fā)揮著不可替代的作用。測(cè)井監(jiān)理工作“點(diǎn)多、面廣、量大”，而且具有“全方面、全天候、全時(shí)制”的特點(diǎn)。為徹底解決相關(guān)技術(shù)人員不足的問題、節(jié)約成本、提高效能，必須采用自動(dòng)化、信息化、科學(xué)化的高科技手段，建設(shè)螺桿泵遠(yuǎn)程自動(dòng)控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為測(cè)井工作的管理和安全提供技術(shù)支持！

    通過人工職守的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)井的監(jiān)測(cè)，這種方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用也相對(duì)較低。但基于人工方式不可避免的存有欠缺。首先，測(cè)井工作人員每測(cè)一口井需要花費(fèi)10-30分鐘的時(shí)間，而且一個(gè)人同一時(shí)刻只能使一個(gè)排采井處于被監(jiān)測(cè)狀態(tài)，因而很難對(duì)測(cè)井隊(duì)所轄區(qū)域內(nèi)的所有排采井進(jìn)行整體上的管理。其次，實(shí)時(shí)性很差，無法在第一時(shí)間將所有超標(biāo)情況反映給相關(guān)的部門。第三，被監(jiān)測(cè)的井處于離線脫網(wǎng)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如果由于人為原因很容易造成設(shè)備損壞將最終導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的丟失甚至無法第一時(shí)間掌握現(xiàn)場(chǎng)狀況。如何克服上述問題，尋求一種智能化的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和控制方式已經(jīng)成為現(xiàn)階段測(cè)井在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的迫切需要。

    2．系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    螺桿泵遠(yuǎn)程自動(dòng)控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由井下螺桿泵、地面驅(qū)動(dòng)裝置、變頻器、可編程遠(yuǎn)程測(cè)控終端、傳感器、GPRS數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)及上位機(jī)管理系統(tǒng)軟件等組成。具有可靠性高、體積小、交互式的人機(jī)界面，操作、維護(hù)方便等特點(diǎn)。該自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可單獨(dú)用于其它排采泵型，便于更廣泛推廣應(yīng)用。

    該系統(tǒng)應(yīng)用在煤層氣排采井中，主要作用是需要監(jiān)測(cè)井下水液位（通過井下壓力換算得出）、井口出水壓力和流量、井口排氣瞬時(shí)和累計(jì)流量、電機(jī)工作頻率、轉(zhuǎn)速、工作電壓、電流等參數(shù)。在螺桿泵使用變頻控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制方式和自動(dòng)控制方式。由于地下水的液面位置是不斷變化的，為了防止液面過低導(dǎo)致的螺桿泵空抽現(xiàn)象，所以要求要根據(jù)液面的實(shí)際情況控制變頻器的輸出頻率從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)壓力傳感器（井口一個(gè)、井下一個(gè)）的壓差判斷地下液位。控制液位為20m-400m，即壓力傳感器體現(xiàn)壓力值0.2-4Mpa；要求液位在20m-400m范圍內(nèi)可以通過壓力傳感器發(fā)出信號(hào)給地面控制器自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，使電機(jī)達(dá)到合理轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無人看守自動(dòng)控制液面的目的。另外根據(jù)不同井出油或水的液位不同，地面控制器控制變頻器的基本頻率值可以人為設(shè)定。并且一旦自控系統(tǒng)失效要通過某種方法切換到目前的人工手動(dòng)方式，不影響原有變頻控制系統(tǒng)正常工作。

    3. 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

    圖1.在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    4.2 全面控管

    同一時(shí)刻對(duì)所有排采井進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，克服了人工方式下的各種弊端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)排采井的全面、實(shí)時(shí)、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測(cè)體系。如圖2 所示，只需觀察屏幕上各個(gè)排采井的圖標(biāo)樣式或顏色即可了解所有排采井的設(shè)備運(yùn)行情況；同時(shí)還可以通過表格和曲線瀏覽排采井排采的詳細(xì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如圖3 所示）。這使得工作人員在同一個(gè)用戶界面即可將所有排采井所有的設(shè)備運(yùn)行狀況、排量、水位、壓力等信息盡收眼底。

    4.3 實(shí)時(shí)在線

    基于GPRS 實(shí)時(shí)在線的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)接入服務(wù)器和各個(gè)RTU保持實(shí)時(shí)在線連接。使總公司可以及時(shí)準(zhǔn)確掌握各個(gè)排采井口的實(shí)際運(yùn)行情況、流量的發(fā)展趨勢(shì)與動(dòng)態(tài)。如圖3 所示，無需任何撥號(hào)操作，即可實(shí)時(shí)察看所有排采井口的每間隔五分鐘（時(shí)間可設(shè)定）的變化情況。

    圖3. 實(shí)時(shí)報(bào)警與跟蹤

    4.4 實(shí)時(shí)報(bào)警

    實(shí)時(shí)報(bào)警可分為超標(biāo)報(bào)警、故障報(bào)警和趨勢(shì)預(yù)警。人性化的報(bào)警和預(yù)警功能，可以提醒管理人員及時(shí)地關(guān)注和處理可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的事件。

    (1) 報(bào)警形式多樣化：提供聲音、圖標(biāo)顏色變化、表格中數(shù)值的顏色、手機(jī)短信等8 種報(bào)警形式。

    (2) 報(bào)警信息數(shù)值化：精確地給出具體的超標(biāo)數(shù)值，超標(biāo)時(shí)間，為強(qiáng)化管理工作提供了詳實(shí)可靠的依據(jù)。

    超標(biāo)報(bào)警：當(dāng)井口排采量超過了預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)超標(biāo)報(bào)警，相應(yīng)的排采井圖標(biāo)會(huì)不停的閃爍。如圖3 中石油煉廠的圖標(biāo)描述的就是超標(biāo)排采的情況。此外還可以通過短信方式，將超標(biāo)排采的詳實(shí)數(shù)據(jù)通知相應(yīng)的工作人員。

    趨勢(shì)預(yù)警：實(shí)時(shí)匯總各種井口的排采總量，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握井口的動(dòng)態(tài)，對(duì)氣體和水的排采量發(fā)展趨勢(shì)過快的情況提前預(yù)警。

    故障報(bào)警：當(dāng)RTU或在線監(jiān)測(cè)儀表發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。圖3 中石化熱電廠的圖標(biāo)描述的就是發(fā)生故障報(bào)警的情況。

    4.5 數(shù)據(jù)安全性

    RTU將采集到的數(shù)據(jù)立即發(fā)送到數(shù)據(jù)接入服務(wù)器，并存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，杜絕了因數(shù)據(jù)采集終端發(fā)生故障而導(dǎo)致丟失監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，充分保證了數(shù)據(jù)的安全性。

    并且，RTU也具備脫網(wǎng)運(yùn)行的能力，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)接入服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，首先系統(tǒng)會(huì)以聲光或短信報(bào)警的方式將報(bào)警信息通知系統(tǒng)管理員，它會(huì)將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總?cè)缓笞鳛椤皻v史數(shù)據(jù)”暫存到存儲(chǔ)器中，待系統(tǒng)恢復(fù)正常后，將緩存的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)接入服務(wù)器。

    數(shù)據(jù)安全性的另外一方面表現(xiàn)在，系統(tǒng)RTU的接入作了嚴(yán)格的身份認(rèn)證，杜絕系統(tǒng)安全隱患。

    另外在數(shù)據(jù)傳輸和處理過程中采用校驗(yàn)和加密算法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性。

    4.6 豐富的統(tǒng)計(jì)分析功能

    從多種角度和層面來統(tǒng)計(jì)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提供全面的報(bào)表和統(tǒng)計(jì)圖表。可以按轄區(qū)、按時(shí)間、按排采井種類等多種分類方式，生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表和統(tǒng)計(jì)圖表。    
                                           
    4.7 充分體現(xiàn)總量控制的原則

    具備核定排采井排采量發(fā)展趨勢(shì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、以及排采總量的統(tǒng)計(jì)與分析等功能。充分體現(xiàn)總量控制的原則，為管理提供依據(jù)，為決策提供支持。 
 
    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控中心的管理三個(gè)部分。其主要功能描述如下：

    3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

    采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的重要組成部分，是獲取原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的主要途徑。這部分功能的實(shí)現(xiàn)完全依靠GPRS 數(shù)據(jù)采集終端（以下簡(jiǎn)稱”RTU”）。

    在現(xiàn)場(chǎng)每口井下、地面安裝有多種傳感器及儀表，這些傳感器和儀表能夠監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的各種指標(biāo)。RTU與傳感器和變頻器連接，并將監(jiān)測(cè)儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、匯總、存儲(chǔ)。

    3.2 數(shù)據(jù)傳輸

    數(shù)據(jù)傳輸部分是公司和排采井之間通訊的橋梁，它完成了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸功能。通過GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊需要到中國(guó)移動(dòng)去辦理GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前，GPRS 已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)開通，具體辦理細(xì)節(jié)以及相關(guān)資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)咨詢當(dāng)?shù)匾苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商。

    3.3 總公司監(jiān)測(cè)

    只有將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)地傳送到監(jiān)測(cè)中心，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)排采井的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。完成這部分功能的核心是“數(shù)據(jù)接入服務(wù)器”（或者服務(wù)器集群）。如圖1 所示，數(shù)據(jù)接入服務(wù)器安裝在總公司的局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。

    數(shù)據(jù)接入服務(wù)器是指裝有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其職責(zé)是與各個(gè)安裝在排采井現(xiàn)場(chǎng)的GPRS 數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（如接收各個(gè)GPRS數(shù)據(jù)采集終端上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；向指定的GPRS 數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送采集控制指令等）
“數(shù)據(jù)接入服務(wù)器”接收的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要保存，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的核心是“數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器”。如圖1 所示，系統(tǒng)中配備有專用的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

    為了提供遠(yuǎn)程或者移動(dòng)訪問的能力，系統(tǒng)還需要配備“WEB 服務(wù)器”。系統(tǒng)的三個(gè)主要組成部分“監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集”，“數(shù)據(jù)傳輸”、“總公司監(jiān)測(cè)”協(xié)同工作，建立起監(jiān)控中心到各個(gè)排采井的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)功能。

    4. 系統(tǒng)特點(diǎn)

    4.1 統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)平臺(tái)

    系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，兼容絕大部分國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口的在線監(jiān)測(cè)儀表。另一方面系統(tǒng)涵蓋了在線監(jiān)測(cè)的多種應(yīng)用，包括水位在線監(jiān)測(cè)；壓力在線監(jiān)測(cè)；地下水或氣體流量監(jiān)測(cè)；變頻監(jiān)測(cè)；起停、報(bào)警監(jiān)測(cè)等。下以環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件為例：