李東力 徐建民 孫啟明 郭書強(qiáng)

（1.大慶油田水務(wù)公司；2.大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

大慶油田水務(wù)公司制水一公司，擔(dān)負(fù)著油田工業(yè)和居民用水的主要任務(wù)。如何及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測水源深井水位，對于水源提高深井運(yùn)行管理水平以及節(jié)能降耗至關(guān)重要?，F(xiàn)有的深井水位檢測方法是利用測繩手工測量，由于揚(yáng)水管和井壁之間空間狹窄，難以實(shí)現(xiàn)。為了及時(shí)準(zhǔn)確掌握深井水位，采用遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸通道自動(dòng)采集數(shù)十公里以外的水源深井水位數(shù)據(jù)。

1 主要研究內(nèi)容及技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

如何及時(shí)有效地測量深井水位，是多年來一直困擾大慶油田水務(wù)公司水源生產(chǎn)管理的技術(shù)難題。各水源的深井水位測量一直采用人工方式，存在測量周期長、數(shù)據(jù)更新不及時(shí)的問題，特別是水源深井大多數(shù)都下過二次套管，井徑縮小，且受法蘭盤、電纜等障礙物的影響，經(jīng)常導(dǎo)致測繩卡線無法下入，造成無法有效監(jiān)測深井水位的困難。由于不能及時(shí)地掌握深井的水位數(shù)據(jù)信息，一些水源的深井潛水泵下深不合理，潛水泵安裝深度只能靠經(jīng)驗(yàn)和感覺完成。在水源深井中，動(dòng)水位從10~50m不等，如果下泵位置在動(dòng)水位以上，則可能引起抽空造成燒泵的事故。在實(shí)際安裝時(shí)常將潛水泵下深至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于動(dòng)水位以下的位置，這樣既加長了揚(yáng)水管和電纜的長度又要選用揚(yáng)程偏高的潛水泵，造成材料成本和電量的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，水位遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)在深井管理中的應(yīng)用，使管理人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確掌握深井水位數(shù)據(jù)，對于深井泵的維護(hù)以及水源站的降低成本、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面有著比較重要的意義。

主要研究內(nèi)容：在主控中心的監(jiān)控主機(jī)上能夠通過無線數(shù)據(jù)傳輸通道，隨時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)向深井的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送命令，深井?dāng)?shù)據(jù)采集終端接收到命令后，把所采集到的深井動(dòng)靜水位信號，及時(shí)準(zhǔn)確的通過無線數(shù)據(jù)傳輸通道遠(yuǎn)傳到十幾公里以外的水源值班室的監(jiān)控主機(jī)上。

關(guān)鍵技術(shù)是：在W indows平臺上開發(fā)設(shè)計(jì)、基于V isualB asic的監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用程序。以及深井?dāng)?shù)據(jù)采集終端技術(shù)和無線數(shù)據(jù)傳輸通道接口技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。

2 水位遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)方案研究[1]

深井水位監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)控軟件和硬件設(shè)備，其中硬件設(shè)備由兩大基本部分組成：上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控單元和深井遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端單元。監(jiān)控系統(tǒng)中央控制單元由工業(yè)計(jì)算機(jī)及通訊控制器組成，遠(yuǎn)程終端單元（R T U）由終端執(zhí)行器及通訊設(shè)備組成。

2.1 深井水位自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)方案設(shè)計(jì)

深井無線監(jiān)測系統(tǒng)采用無線通訊方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)控站與深井終端的數(shù)據(jù)通訊，通過編程指令控制現(xiàn)場設(shè)備，利用各種變送器、傳感器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。系統(tǒng)硬件的組成如圖1所示。

圖1 無線監(jiān)控系統(tǒng)控制端及執(zhí)行端

水源監(jiān)控中心由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、中央控制器、無線數(shù)據(jù)傳輸電臺單元構(gòu)成。每口深井遠(yuǎn)程執(zhí)行終端由數(shù)據(jù)采集終端、無線數(shù)據(jù)傳輸電臺單元、液位傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成。

2.2 深井水位監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的研究與設(shè)計(jì)

在深井水位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中，應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵，軟件應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、解析及顯示功能，要有較高的運(yùn)行穩(wěn)定性、良好的可操作性及易維護(hù)性。監(jiān)控軟件都通過數(shù)據(jù)通訊設(shè)備與遠(yuǎn)程終端（R T U）進(jìn)行通訊，發(fā)送相關(guān)指令實(shí)現(xiàn)控制遠(yuǎn)程終端設(shè)備、讀取設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)的功能。將系統(tǒng)所需的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)以友好、易操作的人機(jī)界面顯示出來為運(yùn)行人員提供參考，如深井運(yùn)行參數(shù)、相關(guān)報(bào)警信息、水位數(shù)據(jù)等。監(jiān)控系統(tǒng)軟件由用戶直接操控，其操作性能及穩(wěn)定性的優(yōu)劣影響著用戶對于監(jiān)控系統(tǒng)的評價(jià)及信賴程度。

1）軟件功能設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)以用戶實(shí)際需求為依據(jù)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

◇深井監(jiān)測系統(tǒng)采集水位數(shù)據(jù)信號功能。采集水位數(shù)據(jù)信號是水源深井水位監(jiān)測系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，主要是通過無線采集模塊（R T U +D T U）將深井相關(guān)數(shù)據(jù)信息采集回來并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，方便管理人員調(diào)用、查詢。

◇深井監(jiān)控系統(tǒng)井群分布界面。在監(jiān)控界面中建立井群分布總圖，能夠顯示每口深井運(yùn)行數(shù)據(jù)，如水位數(shù)據(jù)、深井泵運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息等。值班室崗位監(jiān)控人員可通過監(jiān)控畫面清楚地知道每一口深井的位置以及相關(guān)信息，并且能進(jìn)入單井查詢界面。

◇水源深井遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。操作人員能夠通過計(jì)算機(jī)界面方便地進(jìn)行各種操作。可方便地進(jìn)行各頁面之間的切換進(jìn)行單井檢測、井群操作及手、自動(dòng)巡檢等功能。

◇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示及歷史數(shù)據(jù)查詢功能。監(jiān)測系統(tǒng)能夠顯示水位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，值班人員可隨時(shí)根據(jù)需要查詢相關(guān)數(shù)據(jù)。

◇數(shù)據(jù)曲線顯示功能。為方便水源地質(zhì)監(jiān)測人員對動(dòng)靜水位的變化趨勢進(jìn)行分析，本系統(tǒng)可將水位數(shù)據(jù)繪制成曲線，能夠顯示水源每口深井的水位數(shù)據(jù)曲線，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線、歷史（日、月、年）數(shù)據(jù)曲線。使管理人員對水位的變化趨勢有一個(gè)直觀的認(rèn)識，方便管理人員對動(dòng)靜水位的變化進(jìn)行分析。

◇深井參數(shù)錄入、存儲(chǔ)及查詢的功能?？梢允止や浫肷罹畢?shù)。如深井投產(chǎn)年代、井深、試水量、泵下深、水位降深、潛水泵型號、實(shí)際產(chǎn)水量、輸入功率、效率、取水單耗等數(shù)據(jù)。

◇深井水位超限報(bào)警功能。可以輸入上下限報(bào)警水位，并能顯示報(bào)警原因。值班人員可以根據(jù)每口深井的水位情況，設(shè)定水位上下限報(bào)警，當(dāng)水位超過警戒線時(shí)，計(jì)算機(jī)能夠發(fā)出聲光報(bào)警。

2）系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)監(jiān)控界面采用V isualB asic6.0專業(yè)版程序編譯語言編制，該編譯程序是基于B asic語言的程序設(shè)計(jì)語言，它具有界面建立較容易，易于上手、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)[2]。根據(jù)監(jiān)控軟件所具有的不同功能，分別進(jìn)行開發(fā)編制，采用模塊化方式將程序分為六大功能塊，做到軟件結(jié)構(gòu)清晰，程序具有易修改、易移植等特點(diǎn)，方便日后的維護(hù)及系統(tǒng)的升級工作。

◇內(nèi)核模塊設(shè)計(jì)。內(nèi)核模塊在該監(jiān)控軟件中起到十分重要的作用，它是監(jiān)控程序運(yùn)行的主模塊，具有軟件運(yùn)行初始化的功能，可以創(chuàng)建當(dāng)天的數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行通訊端口參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)等。根據(jù)不同的事件函數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的功能。D ata-A rrived、CheckW ell和S endO rder是事件接口函數(shù)，當(dāng)其他模塊執(zhí)行事件函數(shù)時(shí)引發(fā)該事件執(zhí)行。在設(shè)計(jì)內(nèi)核模塊時(shí)，主要考慮到如下因素：控制方式的設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)要簡單化、防止用戶的誤操作等方面的因素。

◇通訊模塊設(shè)計(jì)。通訊模塊主要完成對中央控制器的通訊功能。通訊模塊的主要函數(shù)G etControlD ata、G etD ata、D ataA rrived、O nComm。其 中G etControlD ata、G etD ata和D ataA rrived是事件接口函數(shù)，由內(nèi)核模塊傳遞來的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息引發(fā)事件執(zhí)行，可進(jìn)行控制指令發(fā)送、數(shù)據(jù)信息讀取及對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將解析后的深井?dāng)?shù)據(jù)通過接口函數(shù)D ataA rrived向內(nèi)核模塊傳遞參數(shù)。PressR atio函數(shù)是水位數(shù)據(jù)變換函數(shù)可將1~5 V 的數(shù)據(jù)變換為深井動(dòng)靜水位數(shù)據(jù)。

◇水位顯示界面設(shè)計(jì)。水位顯示界面主要完成對深井水位信息的動(dòng)態(tài)顯示功能。該窗體添加一個(gè)Checkbox控件、3個(gè)O ptionB utton控件4 個(gè)ComboB ox控件用于單井及水位曲線周期的選擇，另有3個(gè)按鈕（CommandB utton）控件實(shí)現(xiàn)曲線顯示、返回上一層和退出的相關(guān)功能。曲線顯示功能是采用V B 編程工具提供的PictureB ox控件，利用程序?qū)ζ溥M(jìn)行坐標(biāo)重構(gòu)。將其橫坐標(biāo)變換成需要的周期時(shí)間（日、月、年）。根據(jù)所選周期的不同調(diào)用不同的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)根據(jù)不同的深井運(yùn)行狀態(tài)下的水位數(shù)據(jù)應(yīng)用不同顏色顯示在水位曲線中，從而實(shí)現(xiàn)深井動(dòng)靜水位曲線顯示功能。

3 應(yīng)用實(shí)施及效果

水源深井水位數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)，硬件部分主要工作是在每口深井安裝R T U 數(shù)據(jù)采集終端，并加裝一個(gè)投入式液位傳感器及一塊二次顯示表，現(xiàn)場調(diào)試監(jiān)測終端程序及電纜敷設(shè)等工作。

軟件部分主要工作是在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)良好的監(jiān)控軟件。具有友好的人機(jī)界面，能夠把所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和保存；能夠自動(dòng)或手動(dòng)下達(dá)控制命令，完成深井水位監(jiān)測過程等功能。

此水源深井水位數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)行證明：運(yùn)行穩(wěn)定可靠、采集數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確，監(jiān)測系統(tǒng)所采集的動(dòng)靜水位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較高，誤差在0.5%以內(nèi)，能夠達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)需求。

4 應(yīng)用效益

隨著水源自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用程度的越來越高，其生產(chǎn)過程越來越依賴于自動(dòng)化系統(tǒng)，水源地深井水位遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，有效提高了水文地質(zhì)信息的監(jiān)測手段，達(dá)到了節(jié)省勞動(dòng)力縮短檢測周期的目的。深井水位自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、保證安全、穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行等方面起到了舉足輕重的作用，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

深井動(dòng)靜水位監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用極大提高了水源供水生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。

1）深井泵下深會(huì)比較合理，單口深井取水單耗由0.33kW h/m3降低到0.29kW h/m3以下，年節(jié)電10×104kW h。

2）能夠選擇合理揚(yáng)程的潛水泵，提高了機(jī)泵的運(yùn)行效率。

3）因?yàn)闇p少了揚(yáng)水管及潛水泵電纜的長度，節(jié)約了修井成本，每口井能節(jié)約揚(yáng)水管和動(dòng)力電纜10m左右，節(jié)約資金3000元以上。

4）動(dòng)靜水位自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，降低了人工成本。

4.2 社會(huì)效益

水源動(dòng)靜水位遠(yuǎn)程檢測技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了水文地質(zhì)信息的監(jiān)測手段、提高了地下水源管理水平、降低企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行成本，達(dá)到了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省勞動(dòng)力、縮短檢測周期的目的。為水務(wù)公司安全、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

5 結(jié)束語

實(shí)踐表明，水位遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)在深井上的應(yīng)用，有效地解決了水源存在測量深井水位困難的實(shí)際問題，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。水位監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了深井水位監(jiān)測方法的科學(xué)性、合理性。水源深井水位數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)，是一個(gè)監(jiān)測和控制的智能系統(tǒng)，適用于遠(yuǎn)距離采集傳輸深井運(yùn)行數(shù)據(jù)的場合。水源深井水位數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)是在運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)完成的。該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度較高，在目前國內(nèi)供水行業(yè)中的地下水資源管理方面處于領(lǐng)先地位。通過實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)測效果較好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。這一系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用，對于地下水資源的長效管理和合理開發(fā)利用，以及在降本增效方面將發(fā)揮重要作用，同時(shí)對這一系統(tǒng)只要稍加開發(fā)，就可用于水源深井的壓力和流量等一些其它參數(shù)的檢測和傳輸，具有良好的推廣應(yīng)用前景。水位數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測技術(shù)將會(huì)在供水行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

[1]王仲文.工程遙控遙測技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991:1-60.

[2]MicrosoftCorporation.VisualBasic6.0中文版語言參考手冊[M].北京:北京希望電腦公司,1998:50-200.