水位遠程監測技術在深井上的應用

李東力 徐建民 孫啟明 郭書強

（1.大慶油田水務公司；2.大慶油田技術監督中心）

大慶油田水務公司制水一公司，擔負著油田工業和居民用水的主要任務。如何及時準確的監測水源深井水位，對于水源提高深井運行管理水平以及節能降耗至關重要。現有的深井水位檢測方法是利用測繩手工測量，由于揚水管和井壁之間空間狹窄，難以實現。為了及時準確掌握深井水位，采用遠程監測技術，通過無線數據傳輸通道自動采集數十公里以外的水源深井水位數據。

1 主要研究內容及技術關鍵點

如何及時有效地測量深井水位，是多年來一直困擾大慶油田水務公司水源生產管理的技術難題。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、數據更新不及時的問題，特別是水源深井大多數都下過二次套管，井徑縮小，且受法蘭盤、電纜等障礙物的影響，經常導致測繩卡線無法下入，造成無法有效監測深井水位的困難。由于不能及時地掌握深井的水位數據信息，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驗和感覺完成。在水源深井中，動水位從10~50m不等，如果下泵位置在動水位以上，則可能引起抽空造成燒泵的事故。在實際安裝時常將潛水泵下深至遠遠低于動水位以下的位置，這樣既加長了揚水管和電纜的長度又要選用揚程偏高的潛水泵，造成材料成本和電量的嚴重浪費。因此，水位遠程監測技術在深井管理中的應用，使管理人員能夠及時準確掌握深井水位數據，對于深井泵的維護以及水源站的降低成本、經濟運行等方面有著比較重要的意義。

主要研究內容：在主控中心的監控主機上能夠通過無線數據傳輸通道，隨時自動或手動向深井的遠程數據采集終端發送命令，深井數據采集終端接收到命令后，把所采集到的深井動靜水位信號，及時準確的通過無線數據傳輸通道遠傳到十幾公里以外的水源值班室的監控主機上。

關鍵技術是：在W indows平臺上開發設計、基于V isualB asic的監測系統的應用程序。以及深井數據采集終端技術和無線數據傳輸通道接口技術的開發與應用。

2 水位遠程監測技術方案研究[1]

深井水位監測系統包括監控軟件和硬件設備，其中硬件設備由兩大基本部分組成：上位計算機監控單元和深井遠程數據采集終端單元。監控系統中央控制單元由工業計算機及通訊控制器組成，遠程終端單元（R T U）由終端執行器及通訊設備組成。

2.1 深井水位自動監測技術方案設計

深井無線監測系統采用無線通訊方式實現監控站與深井終端的數據通訊，通過編程指令控制現場設備，利用各種變送器、傳感器采集現場數據。系統硬件的組成如圖1所示。

圖1 無線監控系統控制端及執行端

水源監控中心由工業控制計算機、中央控制器、無線數據傳輸電臺單元構成。每口深井遠程執行終端由數據采集終端、無線數據傳輸電臺單元、液位傳感器等數據采集設備構成。

2.2 深井水位監測系統監控中心計算機應用軟件的研究與設計

在深井水位自動監測系統中，應用軟件的設計是整個監測系統的關鍵，軟件應具有數據采集、存儲、解析及顯示功能，要有較高的運行穩定性、良好的可操作性及易維護性。監控軟件都通過數據通訊設備與遠程終端（R T U）進行通訊，發送相關指令實現控制遠程終端設備、讀取設備的運行參數的功能。將系統所需的設備運行數據以友好、易操作的人機界面顯示出來為運行人員提供參考，如深井運行參數、相關報警信息、水位數據等。監控系統軟件由用戶直接操控，其操作性能及穩定性的優劣影響著用戶對于監控系統的評價及信賴程度。

1）軟件功能設計。軟件設計以用戶實際需求為依據，主要實現以下功能：

◇深井監測系統采集水位數據信號功能。采集水位數據信號是水源深井水位監測系統的一項基本功能，主要是通過無線采集模塊（R T U +D T U）將深井相關數據信息采集回來并存儲到數據庫中，方便管理人員調用、查詢。

◇深井監控系統井群分布界面。在監控界面中建立井群分布總圖，能夠顯示每口深井運行數據，如水位數據、深井泵運行狀態、報警信息等。值班室崗位監控人員可通過監控畫面清楚地知道每一口深井的位置以及相關信息，并且能進入單井查詢界面。

◇水源深井遠程監控功能。操作人員能夠通過計算機界面方便地進行各種操作。可方便地進行各頁面之間的切換進行單井檢測、井群操作及手、自動巡檢等功能。

◇實時數據顯示及歷史數據查詢功能。監測系統能夠顯示水位的實時數據和歷史數據，值班人員可隨時根據需要查詢相關數據。

◇數據曲線顯示功能。為方便水源地質監測人員對動靜水位的變化趨勢進行分析，本系統可將水位數據繪制成曲線，能夠顯示水源每口深井的水位數據曲線，如實時數據曲線、歷史（日、月、年）數據曲線。使管理人員對水位的變化趨勢有一個直觀的認識，方便管理人員對動靜水位的變化進行分析。

◇深井參數錄入、存儲及查詢的功能。可以手工錄入深井參數。如深井投產年代、井深、試水量、泵下深、水位降深、潛水泵型號、實際產水量、輸入功率、效率、取水單耗等數據。

◇深井水位超限報警功能。可以輸入上下限報警水位，并能顯示報警原因。值班人員可以根據每口深井的水位情況，設定水位上下限報警，當水位超過警戒線時，計算機能夠發出聲光報警。

2）系統應用軟件的設計與實現。系統監控界面采用V isualB asic6.0專業版程序編譯語言編制，該編譯程序是基于B asic語言的程序設計語言，它具有界面建立較容易，易于上手、功能強大的特點[2]。根據監控軟件所具有的不同功能，分別進行開發編制，采用模塊化方式將程序分為六大功能塊，做到軟件結構清晰，程序具有易修改、易移植等特點，方便日后的維護及系統的升級工作。

◇內核模塊設計。內核模塊在該監控軟件中起到十分重要的作用，它是監控程序運行的主模塊，具有軟件運行初始化的功能，可以創建當天的數據庫，進行通訊端口參數設置、數據傳輸、存儲等。根據不同的事件函數實現不同的功能。D ata-A rrived、CheckW ell和S endO rder是事件接口函數，當其他模塊執行事件函數時引發該事件執行。在設計內核模塊時，主要考慮到如下因素：控制方式的設計、界面設計要簡單化、防止用戶的誤操作等方面的因素。

◇通訊模塊設計。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，由內核模塊傳遞來的相應數據信息引發事件執行，可進行控制指令發送、數據信息讀取及對數據進行解析，將解析后的深井數據通過接口函數D ataA rrived向內核模塊傳遞參數。PressR atio函數是水位數據變換函數可將1~5 V 的數據變換為深井動靜水位數據。

◇水位顯示界面設計。水位顯示界面主要完成對深井水位信息的動態顯示功能。該窗體添加一個Checkbox控件、3個O ptionB utton控件4 個ComboB ox控件用于單井及水位曲線周期的選擇，另有3個按鈕（CommandB utton）控件實現曲線顯示、返回上一層和退出的相關功能。曲線顯示功能是采用V B 編程工具提供的PictureB ox控件，利用程序對其進行坐標重構。將其橫坐標變換成需要的周期時間（日、月、年）。根據所選周期的不同調用不同的數據庫，同時根據不同的深井運行狀態下的水位數據應用不同顏色顯示在水位曲線中，從而實現深井動靜水位曲線顯示功能。

3 應用實施及效果

水源深井水位數據遠程無線監測系統，硬件部分主要工作是在每口深井安裝R T U 數據采集終端，并加裝一個投入式液位傳感器及一塊二次顯示表，現場調試監測終端程序及電纜敷設等工作。

軟件部分主要工作是在監控中心計算機上設計良好的監控軟件。具有友好的人機界面，能夠把所采集到的數據進行整理、分析和保存；能夠自動或手動下達控制命令，完成深井水位監測過程等功能。

此水源深井水位數據遠程監測系統經過現場運行證明：運行穩定可靠、采集數據及時準確，監測系統所采集的動靜水位數據準確率較高，誤差在0.5%以內，能夠達到實際生產需求。

4 應用效益

隨著水源自動化技術應用程度的越來越高，其生產過程越來越依賴于自動化系統，水源地深井水位遠程無線監測系統的應用，有效提高了水文地質信息的監測手段，達到了節省勞動力縮短檢測周期的目的。深井水位自動監測技術在提高勞動生產率、節能降耗、保證安全、穩定生產運行等方面起到了舉足輕重的作用，并且取得了良好的經濟效益與社會效益。

4.1 經濟效益

深井動靜水位監測技術的應用極大提高了水源供水生產效率、降低生產成本。

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

2）能夠選擇合理揚程的潛水泵，提高了機泵的運行效率。

3）因為減少了揚水管及潛水泵電纜的長度，節約了修井成本，每口井能節約揚水管和動力電纜10m左右，節約資金3000元以上。

4）動靜水位自動監測技術的應用，降低了人工成本。

4.2 社會效益

水源動靜水位遠程檢測技術的應用，有效提高了水文地質信息的監測手段、提高了地下水源管理水平、降低企業生產運行成本，達到了降低勞動強度、節省勞動力、縮短檢測周期的目的。為水務公司安全、穩定經濟運行提供了技術保障。

5 結束語

實踐表明，水位遠程監測技術在深井上的應用，有效地解決了水源存在測量深井水位困難的實際問題，提高了企業的經濟效益和社會效益。水位監測技術的應用，實現了深井水位監測方法的科學性、合理性。水源深井水位數據遠程無線監控系統，是一個監測和控制的智能系統，適用于遠距離采集傳輸深井運行數據的場合。水源深井水位數據遠程無線監測系統是在運用現代先進的遠程數據通訊技術實現完成的。該系統技術先進、自動化程度較高，在目前國內供水行業中的地下水資源管理方面處于領先地位。通過實際應用表明，系統運行穩定，監測效果較好，達到了預期的設計目的。這一系統的研發應用，對于地下水資源的長效管理和合理開發利用，以及在降本增效方面將發揮重要作用，同時對這一系統只要稍加開發，就可用于水源深井的壓力和流量等一些其它參數的檢測和傳輸，具有良好的推廣應用前景。水位數據遠程無線監測技術將會在供水行業得到越來越廣泛的應用。

[1]王仲文.工程遙控遙測技術[M].北京:機械工業出版社,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.