基于油田井場的燃油在線監(jiān)控系統(tǒng)

關(guān)學(xué)忠 趙麗麗 崔 凡 卞 強(qiáng) 李倩文

(東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院)

基于油田井場的燃油在線監(jiān)控系統(tǒng)

關(guān)學(xué)忠 趙麗麗 崔 凡 卞 強(qiáng) 李倩文

(東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院)

為了實(shí)現(xiàn)對油田井場柴油的實(shí)時監(jiān)控，設(shè)計了一種無線式的基于油田井場的燃油在線監(jiān)控系統(tǒng)。通過現(xiàn)場對柴油油罐進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，采集數(shù)據(jù)信號，經(jīng)由GPRS無線通信傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集發(fā)布系統(tǒng)，并存儲到數(shù)據(jù)庫。繼而通過Web服務(wù)器發(fā)布所采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場柴油的實(shí)時監(jiān)控。

在線監(jiān)控系統(tǒng) 油田 GPRS 實(shí)時監(jiān)控 Web發(fā)布

隨著無線通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的一種技術(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控也成為必然的發(fā)展趨勢[1]。油田井場燃油設(shè)備效率在線監(jiān)測系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、效率高和管理方便的優(yōu)點(diǎn)。對每一個油罐的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，可以分析某一井隊(duì)的油量使用情況和生產(chǎn)能力；監(jiān)測到的流量、壓力、溫度及GPS定位信息等數(shù)據(jù)是油田企業(yè)重要的信息[2]。

目前，油田井場基本都是靠柴油發(fā)電機(jī)供電，可是對于柴油消耗，自始至終沒有一種科學(xué)有效、精確的管理方法。因此筆者設(shè)計了一套對井場柴油數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控的燃油在線監(jiān)控系統(tǒng)[3]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

在線監(jiān)控系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集發(fā)布系統(tǒng)。其中，現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)為系統(tǒng)的硬件部分，包括單片機(jī)主控制板、各部分?jǐn)?shù)據(jù)采集分系統(tǒng)、GPRS無線通信系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)及供電系統(tǒng)等；數(shù)據(jù)采集發(fā)布系統(tǒng)為系統(tǒng)的軟件部分，其組成有在線數(shù)據(jù)采集軟件和基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)[3]。燃油在線監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 燃油在線監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

2 系統(tǒng)主要硬件部分

2.1 流量監(jiān)測模塊

采用TDS-100型超聲波流量計，在油罐管道處設(shè)置一個流量監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)時測量柴油瞬時流量、累計流量等，采集的數(shù)據(jù)通過RS485總線傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)主控制器，最終由GPRS無線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集中心。數(shù)據(jù)傳輸時遵循Modbus RTU協(xié)議，監(jiān)測精度小于1.0%，RS485接口電路如圖2所示。

圖2 RS485接口電路

2.2 液位監(jiān)測模塊

采用HM23Y壓力傳感器，在油罐底部設(shè)置液位監(jiān)測點(diǎn)，測量油罐內(nèi)柴油壓力來監(jiān)測總體的液位高度，進(jìn)而換算成質(zhì)量。其工作原理為：液體中某一點(diǎn)的靜壓力與該點(diǎn)到液面的距離成正比，即p=ρgh[4]。監(jiān)測精度等級為0.25級。

2.3 箱體溫度監(jiān)測

采用DS18B20溫度傳感器，安裝在電池、電源、單片機(jī)箱體內(nèi)和外部環(huán)境，以監(jiān)測各個位置的溫度，當(dāng)外部溫度低于-5℃時，啟動加熱裝置；加熱到8℃時，停止加熱，以保證電子器件工作正常。

2.4 GPS定位模塊

使用IT-300型衛(wèi)星定位器，進(jìn)行井場定位，每40s發(fā)送一次數(shù)據(jù)。工作時，通過單片機(jī)串口2讀取GPS定位數(shù)據(jù)，由GPRS將接收的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其硬件電路如圖3所示。

圖3 GPS模塊硬件電路

2.5 GPRS無線通信模塊

采用F2114型GPRS無線通信模塊，將接收到的各井隊(duì)的生產(chǎn)信息發(fā)送至數(shù)據(jù)采集中心，GPRS傳輸數(shù)據(jù)框圖如圖4所示。這些信息包含燃油設(shè)備的瞬時流量、累計流量、柴油罐液位高度、GPS定位信息、220V掉電報警、直流后備電源電壓低報警及溫度監(jiān)測等數(shù)據(jù)信息。

3 系統(tǒng)軟件部分

燃油設(shè)備效率在線監(jiān)測系統(tǒng)具有豐富的應(yīng)用功能，為實(shí)現(xiàn)柴油效率節(jié)約化，合理安排生產(chǎn)提供了很大便利，其功能主要包括以下幾個部分[5]：

a. 實(shí)時監(jiān)測。從下位機(jī)傳輸過來的各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后顯示在軟件界面上，使數(shù)據(jù)動態(tài)并直觀地顯示出來。如圖5左上圖所示，左側(cè)的3個圖表分別表示油罐內(nèi)液面高度曲線、瞬時流量曲線、溫度曲線；右側(cè)是數(shù)據(jù)的直觀表示，右下角是包含經(jīng)緯度信息和打開電子地圖的按鈕。

b. 信息查詢。下位機(jī)傳輸過來的各種數(shù)據(jù)信息，分析處理后存儲在數(shù)據(jù)庫中，管理人員使用時，就可以對數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。如圖5左下角圖所示，輸入井隊(duì)號、查詢的參數(shù)和要查詢的時間，就可以在界面下部的圖表中查看想要查詢的信息。這些信息以曲線的形式呈現(xiàn)在界面上。

圖4 GPRS傳輸數(shù)據(jù)框圖

c. 數(shù)據(jù)分析。通過對數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可將過去一段時間內(nèi)的用油量和耗油量的各種細(xì)節(jié)以圖表的形式顯示出來，方便管理人員進(jìn)行對比分析，便于管理，如圖5右下角所示。

圖5 燃油設(shè)備在線監(jiān)控系統(tǒng)

通過燃油在線監(jiān)控系統(tǒng)功能分析，發(fā)現(xiàn)了柴油消耗存在的不足，為節(jié)約柴油消耗提供了有力保障，確保了柴油消耗診斷的及時性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一[5]。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上設(shè)計和調(diào)試，總結(jié)出此系統(tǒng)具有如下突出特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)油料使用歷史數(shù)據(jù)的查詢、分析、統(tǒng)計；實(shí)時提供井隊(duì)的經(jīng)緯度信息，可準(zhǔn)確定位井隊(duì)施工地點(diǎn)；柴油罐內(nèi)液面和剩余柴油量在現(xiàn)場實(shí)時顯示，方便井隊(duì)查詢。該項(xiàng)目自2013年完成，投入生產(chǎn)使用至今，運(yùn)作情況良好，數(shù)據(jù)信息回傳穩(wěn)定精確，經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試后，監(jiān)測精度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計要求。

[1] 高志亮，梁寶娟.數(shù)字油田在中國：油田物聯(lián)網(wǎng)計數(shù)與發(fā)展[M].北京：科學(xué)出版社，2013.

[2] 付長順，侯萬雍，金德明，等.基于GPRS的數(shù)字油田智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，2015，42(3)：310～312.

[3] 楊小聰，袁子清，周漢民，等.尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)在銅礦峪礦尾礦庫的應(yīng)用[J].金屬礦山，2010，(z)：70～72.

[4] 關(guān)學(xué)忠，唐磊，楊冬濱，等.鉆井燃油罐液位自動監(jiān)測系統(tǒng)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2011，30(12)：27～30.

[5] 丁健，李利民，劉期宏.煤耗在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用[J].廣東電力，2013，26(10)：102～107.

OnlineMonitoringSystemforDieselBasedonWellSiteinOilfield

GUAN Xue-zhong, ZHAO Li-li, CUI Fan, BIAN Qiang, LI Qian-wen

(1.BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics; 2.NortheastPetroleumUniversity)

In order to realize real-time monitoring of diesel at the well site in oilfield, an well site-based wireless online fuel monitoring system was designed, which monitors diesel tank in-situ and at real time and collects its data signals and then transmits them to a special publishing system via GPRS communication and stores them to the database. Publishing the data collected and via Web server can achieve real-time monitoring of the diesel.

real-time monitoring system,oilfield, GPRS, Web release

TH165+.2

A

1000-3932(2017)01-0073-03

關(guān)學(xué)忠(1962-)，教授，從事神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和故障診斷技術(shù)的研究，gxzdqpi@163.com。

2016-06-22，

2016-11-30)