基于DCS原理設(shè)計的抽油機(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 自動化網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)通信
油氣田自動化網(wǎng)絡(luò)相對于企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)是一個相對封閉獨(dú)立的自動化工控網(wǎng)絡(luò)，要實現(xiàn)自動化控制網(wǎng)與企業(yè)辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換通暢，需要設(shè)計合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所以油田自動化控制網(wǎng)絡(luò)根據(jù)自動化系統(tǒng)需求，采用內(nèi)部IP地址，通過路由方式與企業(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。所以自動化系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須滿足自動化控制網(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技術(shù)。所謂通信歸約就是一組規(guī)則，用來保證所傳輸?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各分工程師站的子站構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，主工作站同時可以掛在網(wǎng)絡(luò)上，允許其他有協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)計算機(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子站，同時下傳數(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)上實時顯示，同時寫入數(shù)據(jù)庫供第三方使用。實際的系統(tǒng)組態(tài)根據(jù)具體的管理層設(shè)置了兩層管理權(quán)限，即公司級管理員、現(xiàn)場操作級管理員。根據(jù)用戶名和密碼權(quán)限，公司級管理員能夠進(jìn)入系統(tǒng)所有頁面并進(jìn)行操作，現(xiàn)場級管理員則只能進(jìn)入相應(yīng)的管理區(qū)域頁面進(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，同時實時動態(tài)顯示控制現(xiàn)場參數(shù)和該系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)。
對于管理而言，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)，同時支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，能夠做到數(shù)據(jù)有效管理和共享。

4 系統(tǒng)可靠性的對策
4．1 對系統(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)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。作為產(chǎn)品的一個特性指標(biāo)，可靠性具有綜合性、時間性和統(tǒng)計性的特點。所謂“綜合性”是指它不是從某一個側(cè)面來衡量產(chǎn)品的優(yōu)劣，而是從整體上評價系統(tǒng)能否完成預(yù)定的功能來評價一個產(chǎn)品的優(yōu)劣。所謂“時間性”是指系統(tǒng)在整個使用周期內(nèi)，隨著時間的推移，在各種現(xiàn)場環(huán)境條件和不同的使用條件下，保持與該系統(tǒng)出廠驗收所達(dá)到的一切功能的能力。所謂“統(tǒng)計性”是指一套DCS可靠性的高低是不能用儀器在一個短時間內(nèi)測量出來的，而是需要通過大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的積累，按照一定的統(tǒng)計規(guī)律才能求出。前端自動化測控儀表等設(shè)備長期工作在強(qiáng)腐蝕高溫高壓狀態(tài)下，對設(shè)備的硬件耐用性要求非常高。設(shè)計中利用雙重化冗余技術(shù)來達(dá)到高的可靠性，減少依賴于人工智能、無程序可循的工程業(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)字信號隔離，可以使得系統(tǒng)的可靠性大大提高。
4．2 提高單個設(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)自動化儀表測量的實際指標(biāo)，包括壓力、溫度、流量等。這些被測量值是會被傳感器等采集設(shè)備輸出作為電信號被讀取的。由此該系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)所要測量的基本指標(biāo)為：
壓力測量一般采用應(yīng)變式壓力傳感器，精度高達(dá)(0．2％～0．3％)，輸出為0～5 V；溫度的測量一般采用美國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，綜合了多種測量元件的優(yōu)點；對于流量測量可以利用流量計，取其輸出的脈沖信號，同樣可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入該系統(tǒng)的檢測單元。
因此，可以通過減少非正常電信號對設(shè)備的沖擊，延長單個設(shè)備使用壽命。檢測并將信號送到AI模塊前，因電流轉(zhuǎn)換輸送單元與強(qiáng)電直接連接，高低壓之間無隔離，強(qiáng)電容易竄入AI模塊。輕者損壞模塊的某個通道，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。被測的模擬信號經(jīng)過三個環(huán)節(jié)變換成數(shù)字信號，輸入到計算機(jī)CPU處理單元，A／D轉(zhuǎn)換為12位精度地轉(zhuǎn)換模塊，其他兩個環(huán)節(jié)的精度和匹配是測量的關(guān)鍵。做如上信號處理后，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，從而提高整個系統(tǒng)的安全可靠性。原理圖如圖2所示。

5 結(jié) 語
該系統(tǒng)建成后可實時掌握抽油機(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，縮短診斷故障的時間，有效地提高開井率。通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)通信與主站計算機(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)決策人員可以通過中央控制室計算機(jī)直接了解各油井的示功圖變化，及時進(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)的建成可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動提交、報表自動生成。從而降低勞動強(qiáng)度，可以同時為工程、地質(zhì)人員提供準(zhǔn)確及時的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了及時掌握油井生產(chǎn)動態(tài)和油田生產(chǎn)狀況。利用該系統(tǒng)可及時了解全油田的生產(chǎn)動態(tài)，通過多個實時及歷史數(shù)據(jù)的全面展示可以對某一生產(chǎn)分系統(tǒng)(如集輸系統(tǒng))進(jìn)行全面分析與監(jiān)測，為系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行提供參考依據(jù)。通過全部油井的逐一計量，可快速實現(xiàn)對全油田生產(chǎn)動態(tài)的及時掌握，為油田的技術(shù)措施提供數(shù)據(jù)支持。自動化實時數(shù)據(jù)向關(guān)系數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了自動化數(shù)據(jù)與ERP等管理軟件的無縫接入，使自動化數(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)。