基于光纖的油區(qū)接轉(zhuǎn)站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

于玉珠 魏偉 王鵬

[摘 要] 為了提高油田生產(chǎn)的自動化程度，保障安全，降低運(yùn)行成本，設(shè)計(jì)出一種接轉(zhuǎn)站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用光纖通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息遠(yuǎn)程傳輸和集中監(jiān)控。在接轉(zhuǎn)站，電信號轉(zhuǎn)換為光信號通過光纜傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，同時(shí)把接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號對設(shè)備進(jìn)行控制；在監(jiān)控中心，將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號在中心監(jiān)控系統(tǒng)中處理，同時(shí)把控制信號轉(zhuǎn)換為光信號傳輸至接轉(zhuǎn)站。該系統(tǒng)實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了接轉(zhuǎn)站無人值守，節(jié)約了運(yùn)行成本，提高了油田生產(chǎn)的安全性，油田生產(chǎn)綜合效益明顯提高。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字油田；自動化；光纖通信；監(jiān)控中心；數(shù)據(jù)傳輸

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 02. 035

[中圖分類號] F272.7；TE9 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）02- 0067- 03

1 引 言

數(shù)字油田[1]是新疆油田公司發(fā)展目標(biāo)之一，是近幾年建設(shè)的重點(diǎn)，新疆油田正由數(shù)字化向智能化管理邁進(jìn)。

風(fēng)城油田重32井區(qū)是新疆油田公司重點(diǎn)產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊。位于準(zhǔn)噶爾盆地西北邊緣，距克拉瑪依約110km，距烏爾禾城區(qū)約10km，屬沙丘戈壁區(qū)域，風(fēng)沙比較大，全年溫差大。現(xiàn)有特稠油聯(lián)合站1座、接轉(zhuǎn)站10座、SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)（13口觀察井、4口生產(chǎn)井、4口注汽井、2套等干度分配設(shè)備）中控室1座。目前10座接轉(zhuǎn)站內(nèi)的站控系統(tǒng)僅在每個(gè)站內(nèi)獨(dú)立運(yùn)行，各站之間及對外無數(shù)據(jù)傳輸通道，重32井區(qū)中心監(jiān)控室監(jiān)控系統(tǒng)未建立，特稠油聯(lián)合站有油網(wǎng)接口。1#接轉(zhuǎn)站、2#接轉(zhuǎn)站、3#接轉(zhuǎn)站、4#接轉(zhuǎn)站、重32井區(qū)中心監(jiān)控室和特稠油聯(lián)合站在一區(qū)域內(nèi)且相互可視；5#接轉(zhuǎn)站、6#接轉(zhuǎn)站在一區(qū)域內(nèi)且相互可視；7#接轉(zhuǎn)站、8#接轉(zhuǎn)站、9#接轉(zhuǎn)站、10#接轉(zhuǎn)站在一區(qū)域內(nèi)且相互可視；SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)（中控室）在一區(qū)域內(nèi)。此4個(gè)區(qū)域之間不可視，且前3區(qū)域之間有山丘隔離，SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)所在一區(qū)域與重32井區(qū)中心監(jiān)控室所在區(qū)域之間為沙丘隔離。

2 需求分析

重32井區(qū)已投入正常運(yùn)行生產(chǎn)，為了提高油田生產(chǎn)安全、便于集中管理、提高效率和數(shù)字化油田的要求，要對該井區(qū)接轉(zhuǎn)站的站控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并遠(yuǎn)程傳輸匯集后進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，需組建完整、高效、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。

根據(jù)重32井區(qū)的規(guī)劃和實(shí)際生產(chǎn)的現(xiàn)狀，本次主要要完成10座接轉(zhuǎn)站站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集、10座接轉(zhuǎn)站至中心監(jiān)控室的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸通道的建設(shè)、中心監(jiān)控室至1#特稠油聯(lián)合站的數(shù)據(jù)傳輸通道的建設(shè)、重32井區(qū)中心監(jiān)控室的建設(shè)，系統(tǒng)要考慮以后的音頻、視頻、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性。

3 指導(dǎo)思想

利用單模光纖作為傳輸媒介[2]，采用快速以太網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接轉(zhuǎn)站與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信，前后接口界面要清楚、標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)要具有一定的可擴(kuò)展性，同時(shí)設(shè)備配置要考慮到后期發(fā)展的一定需求。

4 方案描述

重32井區(qū)接轉(zhuǎn)站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)主要由接轉(zhuǎn)站數(shù)據(jù)采集[3]部分、井區(qū)數(shù)據(jù)傳輸部分、中控室監(jiān)控部分、中控室遠(yuǎn)程接入與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳4大部分組成。各部分既獨(dú)立又相互聯(lián)系，獨(dú)立是指各部分是一個(gè)相對獨(dú)立的完整的系統(tǒng)（接轉(zhuǎn)站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、井區(qū)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、中控室監(jiān)控系統(tǒng)、中控室遠(yuǎn)程接入與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)），相互聯(lián)系是指此4個(gè)部分之間有共同的數(shù)據(jù)流，使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口使四者成為一個(gè)統(tǒng)一的整體。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際勘察和與用戶溝通以及風(fēng)城的實(shí)際情況，經(jīng)組織相關(guān)技術(shù)人員分析與研究提出了兩套方案，一套為基于光纖的有線方式，一套為基于網(wǎng)橋的無線方式。

光纖方式優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定，受外界干擾比較小，特別是電磁干擾、氣候環(huán)境干擾；數(shù)據(jù)帶寬大，采用星型連接，每站都可以達(dá)到百兆；一次性投資，后期無租用費(fèi)；使用周期長，地埋光纜最低可使用20年；可擴(kuò)展性大，采用標(biāo)準(zhǔn)的快速以太網(wǎng)接口，便于其他設(shè)備接入；維護(hù)量小，由于地埋，幾乎不需要維護(hù)。光纖方式缺點(diǎn)：施工工作量大，要挖溝填溝、熔接光纖；施工成本高，施工工序多，人工費(fèi)高；對現(xiàn)場施工環(huán)境要求高，開挖溝，作業(yè)面大；容易受人為施工破壞，其他施工作業(yè)容易挖斷光纜。

無線網(wǎng)橋方式優(yōu)點(diǎn)：施工工作量小，不需布線和挖溝；施工成本低，施工工序少，成本低；對現(xiàn)場施工環(huán)境要求低，不需大面積作業(yè)；不容易受人為施工破壞，施工容易破壞有線。無線網(wǎng)橋方式缺點(diǎn)：受外界干擾比較大，特別是電磁干擾；數(shù)據(jù)帶寬相對較小，無線工作帶寬為11M、22M、54M、108M，中繼段共享帶寬；有頻率占用費(fèi)，頻率功率大，無委會要收費(fèi)用；可擴(kuò)展性相對較弱，無線接入標(biāo)準(zhǔn)多，信號差異大；容易受風(fēng)沙影響，主要是對天線和室外設(shè)備；維護(hù)量大，天線容易被風(fēng)吹改變方向。

通過對以上兩種方式的比較分析，結(jié)合形成實(shí)際環(huán)境，選擇光纖傳輸方式。

該系統(tǒng)主要由10個(gè)接轉(zhuǎn)站的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖收發(fā)器，沿途的光纜線路，監(jiān)控中心的機(jī)架式的光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控站、UPS、打印機(jī)等硬件組成。軟件方面主要是在監(jiān)控中心要運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫管理軟件、組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)采集軟件、操作系統(tǒng)軟件以及站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口軟件等。

每個(gè)接轉(zhuǎn)站站控系統(tǒng)把采集的信號送給現(xiàn)場RTU處理，RTU把數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口[4]（Modbus通信協(xié)議）送到現(xiàn)場監(jiān)控計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)接口軟件把站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口（TCP/IP協(xié)議）送到現(xiàn)場光纖收發(fā)器的以太網(wǎng)接口，現(xiàn)場光纖收發(fā)器把數(shù)據(jù)變成光信號通過標(biāo)準(zhǔn)的光接口送到光纖進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。光信號傳到監(jiān)控中心的機(jī)架式光纖收發(fā)器的光接口，機(jī)架式光纖收發(fā)器把光信號變?yōu)殡娦盘枖?shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口（TCP/IP協(xié)議）送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的以太網(wǎng)接口（TCP/IP協(xié)議），進(jìn)行中心控制室LAN方式數(shù)據(jù)通信。

整個(gè)系統(tǒng)的通信方式是把現(xiàn)場的站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)嵌入TCP/IP內(nèi)進(jìn)行傳輸，到監(jiān)控中心的監(jiān)控機(jī)上通過組態(tài)軟件直接調(diào)用處理，組態(tài)軟件再把數(shù)據(jù)以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存入數(shù)據(jù)庫供其他應(yīng)用軟件調(diào)用分析處理[5]。

為了系統(tǒng)的穩(wěn)定和數(shù)據(jù)的安全、連續(xù)，本系統(tǒng)的中心控制室配置了UPS為系統(tǒng)的光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)等供電。

為了以后SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)中控室接入和以后音視頻及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)擴(kuò)展，本系統(tǒng)預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口（電口或光口）。

本系統(tǒng)采用192.168.*.*的私有IP地址進(jìn)行內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信、獨(dú)立組網(wǎng)，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，同時(shí)節(jié)約了油網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)的IP資源。

由于采用光纖TCP/IP方式到井場，帶寬為百兆，這為以后井場語音、數(shù)據(jù)、視頻等的綜合接入與遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了基礎(chǔ)平臺。

5 主要設(shè)備及軟件選型

設(shè)備選型要選擇適合油田環(huán)境的電信級的通信產(chǎn)品，軟件選用跟油田應(yīng)用相兼容的和常用的熟悉軟件。光纖收發(fā)器選用電信級的RAISECOM RC601-FE、RC602-FE和RC002-16AC，支持近端和遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)管理。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)選用H3C S3100-26C-SI（AC），支持以后光口擴(kuò)展。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選用Dell PowerEdge T300，顯示器為19英寸液晶。 監(jiān)控站選用Dell VOSTRO 200，顯示器為19液晶。組態(tài)軟件選用Kingview6.53進(jìn)行組態(tài)，油田應(yīng)用比較多。數(shù)據(jù)庫軟件選用Oracle，便于和油田公司對接。接轉(zhuǎn)站站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口軟件自己開發(fā)。

6 系統(tǒng)圖

7 實(shí)現(xiàn)功能

（1）實(shí)現(xiàn)和接轉(zhuǎn)站現(xiàn)有站控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，便于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、監(jiān)測與處理。

（2）實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心對現(xiàn)場運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)測的功能，便于集中管理和監(jiān)測，提高了系統(tǒng)的安全性，節(jié)約了人力、物力。

（3）具有在監(jiān)控中心對接轉(zhuǎn)站的控制功能。

（4）實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心對10個(gè)接轉(zhuǎn)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集中采集后存儲的功能，按標(biāo)準(zhǔn)格式統(tǒng)一存入歷史數(shù)據(jù)庫中，便于對運(yùn)行情況進(jìn)行分析和故障原因的追溯。

（5）實(shí)現(xiàn)10個(gè)接轉(zhuǎn)站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳功能，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可根據(jù)油田公司的要求實(shí)時(shí)傳入油田公司的數(shù)據(jù)中心和作業(yè)區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，便于管理層隨時(shí)對生產(chǎn)情況的分析、決策。

（6）實(shí)現(xiàn)井區(qū)辦公自動化、工作數(shù)字化功能，提高了工作效率，節(jié)約了人、財(cái)、物。

（7）實(shí)現(xiàn)三級監(jiān)控的功能，提高了生產(chǎn)的安全性。

（8）實(shí)現(xiàn)了井區(qū)數(shù)據(jù)傳輸平臺的功能，便于以后油區(qū)的音頻、視頻和數(shù)據(jù)的接入與傳輸。

（9）預(yù)留SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)接口，便于以后SAGD先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)的接入。

8 結(jié)束語

智能化是油田生產(chǎn)的必然趨勢，遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)解決了人工現(xiàn)場監(jiān)控帶來的諸多弊端，節(jié)約了企業(yè)的人力、物力、財(cái)力，提高現(xiàn)場生產(chǎn)的安全性。本系統(tǒng)解決方案對油田生產(chǎn)提供了一種建設(shè)與管理的新思路，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

主要參考文獻(xiàn)

[1]陳新發(fā)，曾穎，李清輝.數(shù)字油田建設(shè)與實(shí)踐[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[2]周根來.水處理島總線控制方案的探討[J].石油化工自動化，2011，47（2）：39-41.

[3]楊新盛，姜明曉.基于Profibus的顏色采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2010，29（6）：122-124.

[4]高志國.基于RS-485總線信號的可靠性研究[J].石油化工自動化，2011，47（2）：42-43.

[5]遲瑛，李健.基于單臺PC機(jī)的工業(yè)過程虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].控制工程，2008，15（6）：688-691.