基于GPRS的油井工況遠程監(jiān)控系統(tǒng)

樹龍珍，李曙生，沈　霽

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學院 機電技術(shù)學院；2.華東油氣分公司泰州采油廠，江蘇 泰州 225300）

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基于GPRS的油井工況遠程監(jiān)控系統(tǒng)

樹龍珍1，李曙生1，沈霽2

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學院 機電技術(shù)學院；2.華東油氣分公司泰州采油廠，江蘇 泰州 225300）

摘要：抽油井一般處于野外，點多、分散、距離長，本系統(tǒng)運用GPRS技術(shù)實現(xiàn)了油井工況的遠程監(jiān)控，克服了人工遠行巡井、抄表費時費力效率低等問題，充分利用了無線通信方便快捷、成本低廉的特點。本系統(tǒng)中PLC的port0口收集油井運行數(shù)據(jù)，通信擴展port1口將這些數(shù)據(jù)傳送給DTU，由DTU通過網(wǎng)絡傳送到數(shù)據(jù)庫，并在上位機上顯示，通過這些數(shù)據(jù)進行油井工況的監(jiān)控。該系統(tǒng)已經(jīng)進行了現(xiàn)場應用，效果良好。

關(guān)鍵詞：GPRS無線通信；PLC；界面；DTU

GPRS通用無線分組業(yè)務提供端到端的、廣域的無線IP連接［1］，它在工業(yè)生產(chǎn)、智能電力行業(yè)已得到廣泛的應用。近年來，為節(jié)能增效，石油行業(yè)各采油廠紛紛進行試點，并逐步推廣。本系統(tǒng)用于中石化泰州采油廠的試點。

江蘇地區(qū)地下油藏為小碎塊狀，分散且偏僻，交通不便，一直采用人工周期性巡井，很難及時了解井況，效率低下。本系統(tǒng)通過GPRS技術(shù)將與油井工況有關(guān)的數(shù)據(jù)進行遠程傳輸。采用了PLC為主的硬件系統(tǒng)，PLC與單片機相比具有更好的穩(wěn)定性與開放性，P L C可在線編程、硬件可擴展這些使控制系統(tǒng)可根據(jù)油井工況的變化不斷優(yōu)化，更適用于野外環(huán)境及油井自動化不斷提高的要求。油井工作站工作人員通過上位機界面了解油井運行數(shù)據(jù)，根據(jù)設定的標準實時判斷抽油機的工作狀況，及時處理運行隱患，提高系統(tǒng)效率。

1　系統(tǒng)的整體設計方案

系統(tǒng)方案是通過三相電子式多功能電表等傳感器在油井現(xiàn)場進行實時數(shù)據(jù)的采集，主要包括系統(tǒng)運行參數(shù)如電流、電壓、功率因數(shù)、實時有功功率、實時無功功率、當日消耗電能及累積消耗電能、沖程沖次等；變頻器運行參數(shù)如變頻器直流電壓、輸出交流電壓電流及功率模塊溫度等。

通過測量系統(tǒng)功率、用電量、電流及電壓等參數(shù)可及時了解油井是否工作在理想的運行狀態(tài)。一旦運行異常，會迅速反應，遠程關(guān)斷油井并派采油工去現(xiàn)場處理，達到減少基層人員、降低設備維修費用、提高設備利用率、提高系統(tǒng)效率的目的。系統(tǒng)的整體框圖如圖1，其中通訊、數(shù)據(jù)服務器由DTU生產(chǎn)廠家設立在專業(yè)機房。

圖1　系統(tǒng)框圖

多功能電表PDM-803D、VFD300變頻器通過RS485給S7-200 PLC（port0口）傳送各自的數(shù)據(jù)，S7-200通過RS485（port1口） 給WG-8010 GPRS DTU傳送獲得的數(shù)據(jù)。WG-8010 GPRS DTU（終端）通過Internet網(wǎng)、GPRS網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)中心（DTU生產(chǎn)廠家指定的數(shù)據(jù)庫）建立連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全透明傳輸，數(shù)據(jù)庫接收數(shù)據(jù)并進行存儲（GPRS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸見圖2）。工作站內(nèi)上位機通過Internet網(wǎng)絡獲得數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫中的油井運行工況的數(shù)據(jù)，經(jīng)SCADA軟件進行數(shù)據(jù)的分析處理并在顯示屏上顯示，從而實現(xiàn)油井運行狀況的實時在線檢測，以及油井運行工況的數(shù)據(jù)存儲和分析。

GPRS網(wǎng)絡是在原有的GSM網(wǎng)絡上，增加SGSN（GPRS業(yè)務支持節(jié)點）以及GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點）兩種數(shù)據(jù)交換結(jié)點設備，使得用戶在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而GPRS網(wǎng)絡能夠和因特網(wǎng)互相連接［1］（見圖2）。

圖2　GPRS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸

2　硬件PLC的選用

PLC結(jié)構(gòu)模塊化，緊湊小巧；開放式通訊，大容量程序和數(shù)據(jù)存儲器，杰出的實時響應，傳輸性能優(yōu)越；模塊化的結(jié)構(gòu)（各種擴展模塊和信號板）增強了它的可靠性和可擴展性。所以PLC更加適用于油井的監(jiān)控。本系統(tǒng)選用的核心硬件PLC是西門子S7-200系列CPU SR20。系統(tǒng)PLC參數(shù)的采集，并且與DTU連接發(fā)送數(shù)據(jù)，PLC與DTU之間的通信連接采用RS485。工作站判斷油井出現(xiàn)故障時，會通過DTU給PLC下達指令，PLC關(guān)斷油井，也就是切斷主電源；還可實現(xiàn)遠程啟動。各單元之間線端連接見表1及圖3～5。線端之間連線為屏蔽雙絞線。

表1　通信單元之間相連引腳表

圖3　PLC與DTU連接示意圖

圖4　PLC-port1連線示意圖

圖5　變頻器連線示意圖

圖6　三相電子式電表連線示意圖

3　數(shù)據(jù)的傳輸

3.1系統(tǒng)通信特點

在可以訪問Internet的上位機中安裝COMWAY無線串口軟件、SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制軟件。Comway無線串口軟件與WG-8010 GPRS DTU配合使用，建立遠端串口設備和上位機之間的無線通信信道。此無線通信信道是基于WG-8010 GPRS DTU生產(chǎn)廠家設立在專業(yè)機房中的Comway Data-Server集群服務器系統(tǒng)。

SCADA分布式數(shù)據(jù)采集監(jiān)控軟件主要是用于數(shù)據(jù)采集，它的特點是控制點分散，一個系統(tǒng)可能覆蓋方圓數(shù)千公里，如北美的油氣管道監(jiān)控系統(tǒng)，它基本用于上位機。串口通訊的SCADA監(jiān)控組態(tài)軟件處理遠端串口設備傳輸來的數(shù)據(jù)。

這種通信方式無需公網(wǎng)固定IP地址，無需設置網(wǎng)絡端口映射和動態(tài)域名，多個上位機可以同時監(jiān)聽一個串口設備發(fā)出的數(shù)據(jù)。

3.2DTU通信協(xié)議

基于對系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性考慮，系統(tǒng)選用MODBUS-DTU協(xié)議。復制光盤中“COMWAY DTU配置文件”到上位機中，運行“Dtugprs. exe”可見到如圖7（DTU配置界面）。COMWAY DATA-SERVER服務器地址設置為：ds.fusionunix. com，端口號：9000。WG-8010 GPRS DTU模塊與其ID號是一一對應，不重復，由生產(chǎn)廠設定。

3.3數(shù)據(jù)的讀取顯示

通過WG-8010 GPRS DTU得到的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)服務器中，上位機通過Internet獲取并實時顯示。工作站人員則利用這些數(shù)據(jù)進行油井的監(jiān)控。圖8為工作站上位機界面。

圖7　DTU配置界面

圖8　上位機界面

4　結(jié)語

本系統(tǒng)通過GPRS技術(shù)將油井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)聯(lián)接起來，系統(tǒng)無線遙測遙控主站（RTU）將檢測到的油井運行數(shù)據(jù)，通過GPRS及Internet網(wǎng)絡傳送給工作站，實現(xiàn)各井工況的集中監(jiān)控，可減少人工巡井的頻次，及時發(fā)現(xiàn)隱患，延長設備的壽命，提高系統(tǒng)的效率，為企業(yè)節(jié)能增效。小批量在試點投入使用，取得了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

［1］劉國錦，劉新霞.GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應用［J］.信息化研究，2010（2）：1-3.

［2］徐曉達.GPRS網(wǎng)絡無線數(shù)據(jù)通信設備應用研究［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2014（8）：200.

［3］張繼紅，吳振奎，李含善，等.基于PLC的無線通信測控系統(tǒng)應用研究［J］.自動化與儀表，2011（12）：26-28.

［4］宋學英.GPRS遠程監(jiān)控技術(shù)在鐵路給水系統(tǒng)中的實踐與應用［J］.現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和現(xiàn)代化，2015（16）：20-22.

（責任編輯劉紅）

中圖分類號：TN929.53，TP277

文獻標志碼：A

文章編號：1671-0142（2016）03-0052-03

作者簡介：樹龍珍（1964-），女，江蘇泰州人，高級工程師.

Remote Monitor System for Oil Wells Working Condition Based on GPRS

SHU Long-zhen11，SHEN Ji22
（1.Taizhou Polytechnic College1；2.East China Oil and Gas Branch Taizhou Oil Production Plant，Taizhou Jiangsu 225300，China）

Abstract:This system use GPRS technology to realize the working condition of oil well remote monitoring，solved the well needs to tour artificial travel well，meter reading，make full use of the wireless communication of the characteristics of convenient，cost is low.PLC in this system port0 mouth of the well operation data collection，communication extension port1 mouth to send DTU，these data by the DTU transmitted through the network to the database，and are displayed on the upper machine.Through these data for oil well condition monitoring.The system has been underway for field application，the effect is good.

Key words:GPRS wireless communication；PLC；interface；DTU