苑承波，張洪光，劉健，田恒

（渤海裝備中成裝備制造公司，天津 300280）

隨著數(shù)字化油田建設(shè)發(fā)展，建立基于SOA架構(gòu)的石油物資裝備完整性管理平臺，集成風(fēng)險評估系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，從油井生產(chǎn)、設(shè)備安裝使用、維護保養(yǎng)、數(shù)據(jù)分析等方面實現(xiàn)對油田生產(chǎn)設(shè)備的智能管控和監(jiān)督。對于裝備制造企業(yè)，基于設(shè)備的實時狀態(tài)監(jiān)測，多樣化的信息匯總，以及大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，為工程裝備的改進設(shè)計、生產(chǎn)制造、產(chǎn)品質(zhì)量提升提供必要的數(shù)據(jù)支撐。同時變被動維修為積極主動的預(yù)防性維修、預(yù)測性維修，由傳統(tǒng)的售后服務(wù)模式向“時時服務(wù)，終身服務(wù)”轉(zhuǎn)變。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

修井機遠程監(jiān)控系統(tǒng)是對其運行數(shù)據(jù)進行遠程傳輸，實時掌握修井機設(shè)備運行現(xiàn)狀參數(shù)和關(guān)鍵圖像資料，通過人機對話、雙向互通及時對設(shè)備故障進行分析，實現(xiàn)修井機產(chǎn)品實時全方位監(jiān)控。

（1）工作原理。修井機遠程監(jiān)控系統(tǒng)使油田公司和渤海裝備公司各級管理人員通過訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來迅速獲取自己權(quán)限下的所有信息并及時做出響應(yīng)。遠程監(jiān)控系統(tǒng)管理模式如下：將來自各傳感器的信號輸入采集終端，采集終端將信號轉(zhuǎn)換后通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到油田物質(zhì)裝備和渤海裝備監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的監(jiān)控計算機對收到的來自前端的數(shù)據(jù)，通過軟件界面進行顯示。

（2）總體構(gòu)架。遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)由各個修井機現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、近程人機交互子系統(tǒng)和遠程監(jiān)控子系統(tǒng)組成。修井機遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲。修井機現(xiàn)場負責(zé)信號的采集，采集的數(shù)據(jù)由PLC集中處理，并傳遞給人機界面和信號發(fā)射裝置。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)將處理過的信號，通過遠程中繼單元以4G信號的形式傳遞給移動終端和遠程監(jiān)控中心。監(jiān)控中心可以通過網(wǎng)絡(luò)管理多個修井機現(xiàn)場子系統(tǒng)，能切換至任何一個監(jiān)控點現(xiàn)場，實施總體監(jiān)控，從而實現(xiàn)對每臺修井機的監(jiān)控。

2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

修井機現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括動態(tài)數(shù)據(jù)采集、靜態(tài)數(shù)據(jù)錄入和設(shè)備數(shù)據(jù)存儲等。采集的動態(tài)數(shù)據(jù)包括環(huán)境信息、現(xiàn)場作業(yè)信息、設(shè)備運行信息和維修、保養(yǎng)信息。環(huán)境、作業(yè)和運行信息由系統(tǒng)自動采集，維修、保養(yǎng)信息由用戶錄入。靜態(tài)數(shù)據(jù)錄入整車信息、底盤車信息、上裝部件信息，靜態(tài)信息由制造廠家錄入，可供用戶查詢。

（1）動態(tài)數(shù)據(jù)采集。①數(shù)字量信號采集。PLC與電機動力系統(tǒng)DSP模塊連接，接收DSP模塊傳輸?shù)臄?shù)字量信號，采集數(shù)字量信號包括工作時間、消耗電量、進線電壓、電機轉(zhuǎn)速等；PLC接收編碼器、繼電器采集的數(shù)字量信號，包括絞車轉(zhuǎn)速、過圈防碰信號等信號。②模擬量信號采集。模擬量數(shù)據(jù)包括液路系統(tǒng)壓力、液路系統(tǒng)溫度、起升缸工作壓力、伸縮缸工作壓力、氣路系統(tǒng)壓力、燃油箱液位、大鉤載荷、變速箱油壓等。③其他信號采集。地理位置信號采集：修井機上安裝有GPS接收器，采集設(shè)備動態(tài)位置和時間等信息，遠程監(jiān)控系統(tǒng)自動在具有地理信息查詢和地圖匹配功能的電子地圖上，對設(shè)備位置和軌跡進行顯示跟蹤。視頻信號采集裝置：采用多點攝錄設(shè)備，并存儲在當?shù)?，設(shè)備故障或發(fā)生安全事故時，可以讀取數(shù)據(jù)，回放現(xiàn)場狀態(tài)。

（2）靜態(tài)數(shù)據(jù)錄入。靜態(tài)數(shù)據(jù)是對修井機的性能描述，主要包括整機參數(shù)、底盤車參數(shù)和主要部件參數(shù)。在整機出廠時，由制造廠家進行靜態(tài)數(shù)據(jù)錄入。

3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)采用tcp/ip和www技術(shù)，通過4G/GPRS無線傳輸方式，將數(shù)據(jù)實時回傳至遠程監(jiān)控中心。

（1）通訊協(xié)議。通訊協(xié)議是根據(jù)石油天然氣行業(yè)特殊環(huán)境在現(xiàn)有各種工業(yè)總線基礎(chǔ)之上開發(fā)的用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖远x協(xié)議，加入數(shù)據(jù)校驗和容錯算法，保證數(shù)據(jù)實時性和準確性。由于是自定義通訊協(xié)議，具有較強的保密性，在沒有獲得通訊協(xié)議授權(quán)之前是無法解析這些數(shù)據(jù)的。協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸依賴于現(xiàn)有的各種工業(yè)總線（如RS485、以太網(wǎng)等），該協(xié)議具備低冗余特性，便于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。

（2）遠程數(shù)據(jù)傳輸。DTU支持雙通道傳輸數(shù)據(jù)，支持與多中心進行數(shù)據(jù)通信，支持域名解析功能?，F(xiàn)場DTU把設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)、報警信息、報表等數(shù)據(jù)通過4G或GPRS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器。

4 近程人機交互子系統(tǒng)

近程人機交互是以串行通信方式與PLC進行連接，通過軟件界面的方式讓修井現(xiàn)場操作者可以直觀地管理設(shè)備，其內(nèi)容主要包括系統(tǒng)設(shè)置、集中監(jiān)控、實時監(jiān)控、報警保養(yǎng)提醒、歷史數(shù)據(jù)、預(yù)防性維護、維修記錄、報表、技術(shù)資料等。近程人機交互界面如圖1所示。

近程人機交互實現(xiàn)操作者與設(shè)備之間的溝通，通過趨勢圖、報警列表和數(shù)字等方式，反映出設(shè)備的工作狀態(tài)，使整個修井作業(yè)過程可視化。同時接受操作者發(fā)出的各種命令和參數(shù)設(shè)置，用來更改作業(yè)工藝和控制設(shè)備運行。當發(fā)生報警時，首先在人機界面提示操作者，并形成報警列表，解釋報警原因。

圖1 近程人機交互界面

5 遠程監(jiān)控子系統(tǒng)

遠程監(jiān)控子系統(tǒng)架設(shè)在油田物資裝備遠程監(jiān)控中心和渤海裝備遠程監(jiān)控中心，遠程監(jiān)控中心涉及遠程監(jiān)測、設(shè)備管理、現(xiàn)場作業(yè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計/分析、故障診斷、作業(yè)統(tǒng)計和決策支持等功能，滿足各個部門等不同層面的管理需求，實現(xiàn)多級數(shù)據(jù)自動同步和匯總，支持跨專業(yè)數(shù)據(jù)共享和跨專業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作，是一個一體化的決策管理平臺，并且能為企業(yè)經(jīng)營管理、生產(chǎn)安全管理、數(shù)據(jù)管理等其他業(yè)務(wù)管理提供相關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù)。其主要功能如下。

（1）設(shè)備監(jiān)控。監(jiān)控設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)和報警信息，及時掌握設(shè)備的健康狀態(tài)。第一時間掌握故障情況、潛在隱患，及時的做出故障分析、診斷和評估，并進行工作調(diào)度和安排，快速的采取針對性控制措施，清除隱患，降低設(shè)備的維修費用。

（2）預(yù)防性維護。預(yù)防性維護可防止設(shè)備意外故障、意外事故。預(yù)防性維護可根據(jù)修井施工作業(yè)的規(guī)范、作業(yè)手冊、操作卡等創(chuàng)建設(shè)備巡回檢查計劃、部件維護計劃、作業(yè)施工安排等，做好事前預(yù)防。

（3）數(shù)據(jù)庫技術(shù)。①故障代碼庫。建立故障代碼庫提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，使管理人員對設(shè)備維護的統(tǒng)計分析更加準確。②圖像化數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)可以圖像化顯示，這樣更直觀的分析數(shù)據(jù)。通過分析可以獲得關(guān)鍵績效指標：平均故障恢復(fù)時間；設(shè)備利用率；設(shè)備完好率；設(shè)備壽命周期成本；綜合利用率；設(shè)備停機率。 修井時效指標：系統(tǒng)可以將修井工程全井段各項作業(yè)消耗的時間，通過餅圖，柱狀圖或折線圖進行描繪。用戶可以清晰的了解各項作業(yè)所占用的工程時間比例和整個鉆井工程的時間消耗趨勢。③統(tǒng)計分析報表。統(tǒng)計分析報表為設(shè)備管理部門制定維護計劃、提高設(shè)備的生產(chǎn)效率、降低設(shè)備故障率提供充分的科學(xué)依據(jù)。為設(shè)備制造商持續(xù)改進設(shè)計、制造提供數(shù)據(jù)支撐。

（4）手持終端。監(jiān)控數(shù)據(jù)中的記錄、文檔查看等動作都可以在手機、平板電腦、PDA等移動設(shè)備中完成。當有報警或異常信息時，服務(wù)器自動把信息推送到移動設(shè)備上，保證信息響應(yīng)的及時性。在修井機每個部件上都有二維碼標識，使用手持設(shè)備掃描二維碼便可快速獲取設(shè)備的信息后，填寫維護記錄、檢驗記錄、狀態(tài)變更等信息。

6 結(jié)語

修井機通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)，加強了用戶對設(shè)備使用和維護信息的跟蹤管理，有效地提高設(shè)備的可靠性、可控性和安全性，延長了設(shè)備使用周期，提高設(shè)備管理的水平和效率。同時為制造廠實現(xiàn)了設(shè)備監(jiān)控、維護、統(tǒng)計分析、大數(shù)據(jù)建立、再優(yōu)化調(diào)整的閉環(huán)，幫助制造廠提高了產(chǎn)品經(jīng)濟效益和市場競爭力。