余江南 中國石化河南石油工程設(shè)計有限公司

水源井的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

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針對注水水源井地處偏遠(yuǎn)、控制困難的問題，采用無線遠(yuǎn)程通信和Internet相結(jié)合的方式對水源井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)主要由控制潛水泵，水位、壓力及流量的檢測，電量變送器，紅外線探頭，RTU控制器，控制中心幾部分組成。本系統(tǒng)實施后，水源井可真正實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守，節(jié)省大量人力、物力，并保證注水井水源持續(xù)、穩(wěn)定，為石油開采提供了有力保障。由于是無線傳輸，相對有線傳輸具有投資小的優(yōu)勢，已在河南油田推廣實施，達(dá)到了使用效果和投資成本雙贏的目的。

水源井；RTU；遠(yuǎn)程監(jiān)控；無線通信

1 水源井的控制要求

通過分析水源井的生產(chǎn)運行特點，水源井無線控制系統(tǒng)需滿足以下要求：①支持潛水泵的手動、自動控制，能夠遠(yuǎn)程控制潛水泵的啟動、停止，實現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程控制模式的轉(zhuǎn)換；②采集水井水位、管道壓力、出水流量及閥門開度等檢測參數(shù)，當(dāng)水位過低或管道壓力過低、過高時報警；③采集潛水泵的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、電能等電氣參數(shù)及運行狀態(tài)參數(shù)，并具有參數(shù)越限報警、電壓缺相報警、斷電報警等功能；④為保證水源井不被破壞，禁止井口房非法侵入。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案

針對注水水源井地處偏遠(yuǎn)、控制困難的問題，應(yīng)用無線遠(yuǎn)程通信和Internet相結(jié)合的方式對水源井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.1 控制潛水泵

潛水泵啟動及停止的步驟如下：①泵啟動前應(yīng)打開排氣閥，然后關(guān)上；泵啟動后打開出口閥，隨后泵平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。②潛水泵停止運轉(zhuǎn)時，為減少水的倒流，應(yīng)在切斷電路后，關(guān)閉泵出口的閥門。

根據(jù)以上步驟，要遠(yuǎn)程控制潛水泵需在泵的排氣口設(shè)置排氣電磁閥，泵的出口設(shè)置電動閥。

為實現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程控制模式的轉(zhuǎn)換，在RTU控制柜上設(shè)置本地及遠(yuǎn)程的切換按鈕，切換過程由RTU系統(tǒng)實現(xiàn)。

2.2 水位、壓力及流量的檢測

水源井的水位檢測一般采用纜式靜壓液位變送器，投入到深水井中。液位變送器輸出4～20mA模擬量信號傳送到水源井的RTU模擬量輸入模塊上，完成數(shù)據(jù)采集。

潛水泵后面安裝壓力變送器，信號傳送到RTU控制系統(tǒng)。潛水泵的出水管道上安裝電磁流量計，計量供水量。

當(dāng)水位過低或管道壓力過高、過低時需要報警，因為RTU控制系統(tǒng)沒有顯示屏，報警通過聲光報警器實現(xiàn)。不同的報警信息通過不同的報警燈加以區(qū)分；同時，RTU控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至控制中心，在控制中心的監(jiān)控服務(wù)器上也能看到相應(yīng)的報警信號。

2.3 電量變送器

電量變送器是一種將被測電量參數(shù)（如電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)等信號）轉(zhuǎn)換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號或數(shù)字信號的裝置。電量變送器一般安裝在潛水泵的供電回路中，將直流電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳送至RTU控制系統(tǒng)。通過分析，判斷出參數(shù)是否越線，電壓是否缺相或斷電等異常情況，并完成報警功能。

2.4 紅外線探頭

紅外線探頭分為主動式和被動式兩種。

主動式紅外線探頭由紅外線發(fā)射探頭和紅外線接收探頭組成，一個探頭始終向另一個探頭發(fā)射紅外線，另一個探頭始終接收傳來的紅外線，應(yīng)用時將一收一發(fā)兩個探頭安裝在被監(jiān)控通道的兩側(cè)，形成紅外線屏障。被動式紅外線探頭為單純的紅外線接收探頭，工作時被動接收活體目標(biāo)發(fā)出的紅外線。

安裝紅外線探頭主要檢測入侵者，被動式紅外線探頭誤報率高，故采用主動式紅外線探頭。一旦發(fā)現(xiàn)有入侵者，觸發(fā)報警器或發(fā)出指示信號讓工作人員采取措施。

2.5 RTU控制器

液位、壓力變送器及電動閥閥位反饋上傳至RTU控制器的信號為4～20mA模擬量信號。紅外線探頭上傳至RTU控制器的信號為開關(guān)量信號。電量、流量變送器與RTU之間的通信采用Modbus RTU通訊協(xié)議，接口為RS485。RTU與控制中心之間采用無線通信。無線通信設(shè)施包括數(shù)傳電臺、無線網(wǎng)橋、移動或聯(lián)通無線網(wǎng)絡(luò)。

移動或聯(lián)通無線網(wǎng)絡(luò)因為基站較多，能夠克服距離遠(yuǎn)、障礙物多的問題，但需繳納使用費，且流量受到限制。水源井因為監(jiān)控點數(shù)少，流量小也能滿足監(jiān)控要求。經(jīng)過比較，采用移動的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。

2.6 控制中心

控制中心由監(jiān)控服務(wù)器、通信終端、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等組成。

監(jiān)控服務(wù)器安裝工業(yè)信息管理軟件、數(shù)據(jù)庫連接軟件和系統(tǒng)安全軟件。工業(yè)信息管理軟件完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，根據(jù)設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)報警功能，生成各階段的報表，并能根據(jù)已有數(shù)據(jù)完成趨勢變量和報警記錄。數(shù)據(jù)庫連接軟件用于監(jiān)控服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接，實時數(shù)據(jù)可以方便地寫入數(shù)據(jù)庫，同時實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢或向其他任何一個數(shù)據(jù)源傳輸數(shù)據(jù)。監(jiān)控服務(wù)器與Internet網(wǎng)連接后，網(wǎng)絡(luò)病毒可能隨數(shù)據(jù)傳輸感染監(jiān)控服務(wù)器。系統(tǒng)安全軟件起到數(shù)據(jù)過濾的作用，將病毒擋在外面，保證監(jiān)控服務(wù)器的安全運行。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)實施后，水源井可真正實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守，節(jié)省大量人力、物力，并保證注水井水源持續(xù)、穩(wěn)定，為石油開采提供了有力保障。由于是無線傳輸，相對有線傳輸具有投資小的優(yōu)勢，已在河南油田推廣實施，達(dá)到了使用效果和投資成本雙贏的目的。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.037