水源井的無線遠程監控系統設計

余江南 中國石化河南石油工程設計有限公司

水源井的無線遠程監控系統設計

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針對注水水源井地處偏遠、控制困難的問題，采用無線遠程通信和Internet相結合的方式對水源井生產系統進行遠程監控。該系統主要由控制潛水泵，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。本系統實施后，水源井可真正實現現場無人值守，節省大量人力、物力，并保證注水井水源持續、穩定，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勢，已在河南油田推廣實施，達到了使用效果和投資成本雙贏的目的。

水源井；RTU；遠程監控；無線通信

1 水源井的控制要求

通過分析水源井的生產運行特點，水源井無線控制系統需滿足以下要求：①支持潛水泵的手動、自動控制，能夠遠程控制潛水泵的啟動、停止，實現本地、遠程控制模式的轉換；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，當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、電能等電氣參數及運行狀態參數，并具有參數越限報警、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 系統技術方案

針對注水水源井地處偏遠、控制困難的問題，應用無線遠程通信和Internet相結合的方式對水源井生產系統進行遠程監控。

2.1 控制潛水泵

潛水泵啟動及停止的步驟如下：①泵啟動前應打開排氣閥，然后關上；泵啟動后打開出口閥，隨后泵平穩運轉。②潛水泵停止運轉時，為減少水的倒流，應在切斷電路后，關閉泵出口的閥門。

根據以上步驟，要遠程控制潛水泵需在泵的排氣口設置排氣電磁閥，泵的出口設置電動閥。

為實現本地、遠程控制模式的轉換，在RTU控制柜上設置本地及遠程的切換按鈕，切換過程由RTU系統實現。

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，完成數據采集。

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

當水位過低或管道壓力過高、過低時需要報警，因為RTU控制系統沒有顯示屏，報警通過聲光報警器實現。不同的報警信息通過不同的報警燈加以區分；同時，RTU控制系統將數據統一上傳至控制中心，在控制中心的監控服務器上也能看到相應的報警信號。

2.3 電量變送器

電量變送器是一種將被測電量參數（如電流、電壓、功率、頻率、功率因數等信號）轉換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號或數字信號的裝置。電量變送器一般安裝在潛水泵的供電回路中，將直流電流轉換為數字信號后傳送至RTU控制系統。通過分析，判斷出參數是否越線，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射紅外線，另一個探頭始終接收傳來的紅外線，應用時將一收一發兩個探頭安裝在被監控通道的兩側，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發出的紅外線。

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。一旦發現有入侵者，觸發報警器或發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量信號。電量、流量變送器與RTU之間的通信采用Modbus RTU通訊協議，接口為RS485。RTU與控制中心之間采用無線通信。無線通信設施包括數傳電臺、無線網橋、移動或聯通無線網絡。

移動或聯通無線網絡因為基站較多，能夠克服距離遠、障礙物多的問題，但需繳納使用費，且流量受到限制。水源井因為監控點數少，流量小也能滿足監控要求。經過比較，采用移動的GPRS無線網絡。

2.6 控制中心

控制中心由監控服務器、通信終端、數據庫服務器等組成。

監控服務器安裝工業信息管理軟件、數據庫連接軟件和系統安全軟件。工業信息管理軟件完成整個系統的數據采集和監控，根據設定程序實現報警功能，生成各階段的報表，并能根據已有數據完成趨勢變量和報警記錄。數據庫連接軟件用于監控服務器與數據庫服務器的連接，實時數據可以方便地寫入數據庫，同時實現對數據庫的數據查詢或向其他任何一個數據源傳輸數據。監控服務器與Internet網連接后，網絡病毒可能隨數據傳輸感染監控服務器。系統安全軟件起到數據過濾的作用，將病毒擋在外面，保證監控服務器的安全運行。

3 結語

本系統實施后，水源井可真正實現現場無人值守，節省大量人力、物力，并保證注水井水源持續、穩定，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勢，已在河南油田推廣實施，達到了使用效果和投資成本雙贏的目的。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.037