胡小英，蘇 煒，胡加興

（西安工業(yè)大學(xué) 光電工程學(xué)院，陜西 西安 710032）

油田注水是我國(guó)各個(gè)油田保持和穩(wěn)定原油產(chǎn)量最基本的技術(shù)手段[1]。尤其油田進(jìn)入高含水中后期開采后，沒(méi)有注水就沒(méi)有原油產(chǎn)量，更突顯出了油田注水在油田的生產(chǎn)過(guò)程中的重要性，但其總電耗已超過(guò)原油生產(chǎn)總成本的60%（含機(jī)械采油）[2]；其中注水耗電占產(chǎn)油總耗電的40%[3]。針對(duì)這一亟待解決的問(wèn)題，走訪調(diào)研了目前油田的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合對(duì)未來(lái)企業(yè)發(fā)展的要求，通過(guò)深入分析現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀、局限性以及充分結(jié)合油田自身特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外油田工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)動(dòng)態(tài)發(fā)展的基礎(chǔ)上，提出了油田注水泵站自動(dòng)控制和管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循先進(jìn)、可靠、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)等原則，體現(xiàn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，分步實(shí)施的理念，融合了現(xiàn)代電子技術(shù)、精密機(jī)械、控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成果，提高企業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理手段奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化安全、過(guò)程監(jiān)控、節(jié)約人力物力資源和提高效益的目標(biāo)。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，通過(guò)外接安裝壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器等傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，可方便的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注水泵站的工作狀況及其過(guò)程參數(shù)，實(shí)現(xiàn)超限停機(jī)聲光報(bào)警，實(shí)時(shí)獲取注水泵的流量及壓力等重要參數(shù)。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、診斷，發(fā)出各種控制命令，從而，實(shí)現(xiàn)各注水泵狀況的集中監(jiān)控，大大減少了人員的工作量和投入，縮短了故障發(fā)現(xiàn)和排除周期，提高了勞動(dòng)效率，強(qiáng)化了油田現(xiàn)代化管理水平。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖Fig.1 The frame of designing system

注水泵站能否高效優(yōu)化運(yùn)行主要取決于其最為重要的兩個(gè)過(guò)程參數(shù)泵站出口壓力及流量，其中圖2給出壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖，圖3流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖，顯而易見，經(jīng)過(guò)壓力，流量的這種自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)就能確保泵站系統(tǒng)實(shí)時(shí)處于節(jié)能高效的優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)，為油田的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖2 壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Chart of pressure automatic regulating system

圖3 流量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程示意圖Fig.3 Diagram of flow automatic regulating system

整個(gè)系統(tǒng)分為兩級(jí)管理系統(tǒng)。在泵房?jī)?nèi)設(shè)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、對(duì)泵站系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、處理報(bào)警信息、下達(dá)控制命令（手動(dòng)優(yōu)先）、泵站系統(tǒng)的優(yōu)化控制、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打印等功能；在采油廠，管理部門設(shè)置泵站管理中心，此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收集采油廠所屬所有泵站的數(shù)據(jù)信息。主要完成各泵站系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)和狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警信號(hào)的顯示、各泵站數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成、打印等功能。此系統(tǒng)功能有利于及時(shí)為生產(chǎn)主管部門提供現(xiàn)場(chǎng)信息，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理提供決策依據(jù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在總體上共分為3大部分：即現(xiàn)場(chǎng)控制和管理系統(tǒng)，管理中心以及通信通道。

1）現(xiàn)場(chǎng)控制和管理系統(tǒng)

這一部分設(shè)置在各采油廠所屬的各注水泵泵房?jī)?nèi)，所以也稱這為現(xiàn)場(chǎng)控制和管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)根據(jù)采油這塊注水的需求，確定現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的最優(yōu)控制參數(shù)，并向上一級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)傳遞現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)控制與管理系統(tǒng)全面反映了現(xiàn)場(chǎng)的情況，并可以由工程師直接干預(yù)控制，是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。在實(shí)現(xiàn)控制的同時(shí)，這部分系統(tǒng)還需要具有其它管理上的功能，如生成班級(jí)表、日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、保存歷史數(shù)據(jù)，打印各種數(shù)據(jù)報(bào)表等功能。

硬件部分配置主要由泵房值班室的一臺(tái)高性能的工控機(jī)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可以選擇研華或西門子PⅢ系列產(chǎn)品，在外圍的板卡模塊上，可以選擇研華4000和5000系列，威達(dá)的7000和8000系列產(chǎn)品。一臺(tái)21″三星顯示器，外設(shè)配置一臺(tái)彩色打印機(jī)、一個(gè)集線器、6塊I/O板卡、一塊網(wǎng)卡、一塊聲卡、一對(duì)音箱、一套儀表控制柜、一套高低壓控制柜、一臺(tái)變頻柜、一臺(tái)UPS、控制臺(tái)。且控制臺(tái)嵌入顯示器，控制臺(tái)上放置相應(yīng)的鍵盤、鼠標(biāo)及打印機(jī)、電話、音箱（配置音箱的作用主要是使系統(tǒng)在出現(xiàn)狀況時(shí)具有聲音報(bào)警）。工控主機(jī)、UPS、集線器、電源接插件，各種電纜置于控制臺(tái)內(nèi)部。儀表控制柜和配電控制柜置于值班室內(nèi)主要是防止在計(jì)算機(jī)失控的情況下能及時(shí)地手工操作泵站系統(tǒng)的啟停。

軟件部分：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件平臺(tái)選用Microsoft NT 4.0，應(yīng)用軟件平臺(tái)選用美國(guó)Intellution Fix7.0，數(shù)據(jù)庫(kù)選用 Oracel或 Sybase。

Fix7.0是美國(guó)的Intellution公司的工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件，市場(chǎng)占有率很高。Fix7.0全中文界面支持windows NT/95/98平臺(tái)，具有強(qiáng)大的組網(wǎng)功能，支持Netbois，Tcp/IP協(xié)議，支持200多種國(guó)內(nèi)外PLC、DCS、I/O板卡產(chǎn)品，采用DLL通信方式，采樣速度快，可靠性高，同時(shí)具有強(qiáng)大的ODBC技術(shù)，支持 Oracel、Sybase、Foxpro數(shù)據(jù)庫(kù)。Fix7.0自動(dòng)組態(tài)軟件還具有易學(xué)，易使用，易連接、易生長(zhǎng)、易運(yùn)行等特點(diǎn)。

在Fix7.0軟件平臺(tái)上二次開發(fā)出來(lái)的軟件具有以下功能：

數(shù)據(jù)采集與控制：軟件可以通過(guò)硬件驅(qū)動(dòng)程序同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信，完成數(shù)據(jù)采集和控制功能，并將數(shù)據(jù)送往生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

歷史數(shù)據(jù)保存：系統(tǒng)可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中采集的數(shù)據(jù)保存起來(lái)，形成歷史數(shù)據(jù)，供以后數(shù)據(jù)分析使用。

報(bào)警及報(bào)警管理：系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)視并對(duì)問(wèn)題環(huán)節(jié)及時(shí)報(bào)警。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)需求定義報(bào)警條件和信息，并可以自動(dòng)記錄和打印報(bào)警信息。

安全權(quán)限：對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的操作者，設(shè)置權(quán)限高低等級(jí)，保證系統(tǒng)運(yùn)行操作的安全性。

報(bào)表的自動(dòng)生成和打?。簽楣芾淼男枰礊楣芾碚咛峁Q策依據(jù)，軟件系統(tǒng)根據(jù)要求自動(dòng)生成各種報(bào)表如：日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、季度報(bào)表及年報(bào)表，且有報(bào)表的打印功能。

2）管理中心

在目前情況下，在油田的每個(gè)采油廠都有自己的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心，都有自己的辦公網(wǎng)絡(luò)，而且在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備的配置都比較高檔、齊全，這就為實(shí)現(xiàn)油田注水泵站的控制與管理提供了有利的條件。為節(jié)約投資，可以充分利用廠機(jī)關(guān)現(xiàn)有的一些辦公設(shè)施，管理中心硬件部分可以作以下配置：

服務(wù)器可以利用計(jì)算機(jī)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，在已有的交換機(jī)上再設(shè)置幾個(gè)端口專門留給采油廠下屬的泵站聯(lián)網(wǎng)之用。因?yàn)閺S機(jī)關(guān)現(xiàn)都有自己的辦公網(wǎng)絡(luò)，所以在泵站運(yùn)行的主管科室都已配置了一些計(jì)算機(jī)且與計(jì)算機(jī)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)相連。因此可以把主管科室（如注水科或技術(shù)科）計(jì)算機(jī)中的一臺(tái)專門作為泵站控制與管理系統(tǒng)的一個(gè)工作站。計(jì)算機(jī)的外設(shè)有10/100 M網(wǎng)卡，聲卡，音箱，彩色打印機(jī)，工作臺(tái)。

這些配置就基本上滿足油田注水泵站控制管理系統(tǒng)管理中心對(duì)硬件的需求。因?yàn)橄到y(tǒng)管理中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)需管理采油廠下屬所有注水泵站的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量比較大，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的任務(wù)比較繁重，而且對(duì)數(shù)據(jù)的存貯能力要求較高，故對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)要求較高?；谝陨显?，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的配置如：Sun服務(wù)器雙備份，40 G硬盤，P4處理器。

管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)體系，C/S結(jié)構(gòu)是典型的兩層體系結(jié)構(gòu)，它由客戶機(jī)和服務(wù)器組成，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)穩(wěn)定性好?？蛻魴C(jī)系統(tǒng)平臺(tái)為Win98/2000或應(yīng)用平臺(tái)軟件為商業(yè)開發(fā)的應(yīng)用軟件，此軟件完成的內(nèi)容有：

①數(shù)據(jù)調(diào)用：應(yīng)用軟件完成工作站和服務(wù)器之間的連接。

②畫面生成示顯示：軟件自動(dòng)生成友好的人機(jī)對(duì)話界面，生成完整的各個(gè)泵站動(dòng)態(tài)流程畫面。

③報(bào)警顯示：在系統(tǒng)的初始顯示畫面，完成各個(gè)泵站的報(bào)警顯示和數(shù)值顯示，在各個(gè)泵站的系統(tǒng)畫面顯示報(bào)警準(zhǔn)確位置。

④報(bào)表生成：根據(jù)地點(diǎn)和時(shí)間段條件，組織所需要的報(bào)表。

⑤報(bào)警歷史數(shù)據(jù)查詢：按照地點(diǎn)和時(shí)間段，查詢此地點(diǎn)和時(shí)間段內(nèi)的歷史狀況。

⑥打?。和瓿筛鞣N報(bào)表的打印功能。

⑦系統(tǒng)權(quán)限和維護(hù)管理：完成系統(tǒng)權(quán)限管理，一般操作者只有查詢和數(shù)據(jù)管理權(quán)限。只有超級(jí)操作者具有系統(tǒng)維護(hù)和臨界值的設(shè)定權(quán)限。

服務(wù)器端系統(tǒng)如為Soloris，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件選用Oracel 8.0.5。Soloris平臺(tái)穩(wěn)定，可靠性高，安全性好，是目前大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)流行的系統(tǒng)平臺(tái)。因?yàn)槊總€(gè)泵站測(cè)控點(diǎn)較多，而采油廠屬于一般共有4到5個(gè)注水泵站，所以管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)需管理近1 000個(gè)測(cè)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所以要求管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)平臺(tái)的穩(wěn)定性好，可靠性高，安全性好，而對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件有同樣的要求，同時(shí)以數(shù)據(jù)庫(kù)軟件具有上下兼容性，具有開放式的接口。因此在系統(tǒng)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇上選用Soloris和Oracel 8.0.5。

3）通信通道

在油田采油廠和各個(gè)油礦中基本上建成了自己的通路，這就為油田辦公網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為管理中心和各泵站控制系統(tǒng)之間的連接提供了方便，在有些距離較遠(yuǎn)而又沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)的注水泵站，可以采用無(wú)線通訊的方式把注水泵站現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)和管理中心系統(tǒng)連接起來(lái)，雖然無(wú)線通訊的帶寬較低，傳輸速率較低，但對(duì)一般的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)還是可以滿足要求的，能達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的要求。

在工作方式采用輪詢的方式（polling方式），即管理中心系統(tǒng)不斷地向各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)發(fā)出命令數(shù)據(jù)組（向各個(gè)IP址址發(fā)出命令），現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)應(yīng)立即向管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被存貯在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中形成歷史數(shù)據(jù)，供客戶端查詢和分析使用。

4 結(jié) 論

由于當(dāng)前油田注水泵站基本上只有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大部分都設(shè)置在注水泵站現(xiàn)場(chǎng)，具有相對(duì)分散性，并沒(méi)有集中起來(lái)。本文提出的油田注水泵站控制與管理系統(tǒng)為油田主管部門、主管領(lǐng)導(dǎo)的管理和決策提供了新方法和新思路，經(jīng)過(guò)在油田的實(shí)際應(yīng)用，證明該系統(tǒng)的運(yùn)行是穩(wěn)定的、可靠的、并具有推廣價(jià)值。

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