淺析基于長慶油田叢式井場的數字化閥組間測控設計方案

長慶油田叢式井場的閥組間，傳統采集方案是將多個流量計和壓力變送器當作Modbus設備站在軟件上進行數據采集，存在嚴重不足：(1)軟件在采集過程數據時需逐個儀表的進行輪詢采集，無法一次性采集上來，通訊效率必然低下，周期加長，單井數據采集也會受到影響;(2)長慶現場實際情況不一，閥組間采用的流量計、壓力變送器的廠家不一，協議各異，開發和維護很困難。鑒于此，本方案在長慶油田叢式井的測控結構中，融合兼并了閥組間測控，從而形成叢式井場的全套測控，并有效解決上述問題。

井場RTU通過RS485(Modbus RTU，閥組間協議轉換箱)或本地無線(SM40P-5000KB-F閥組間采集器)與注水閥組間通訊，實時采集分水器壓力、注水井壓力、瞬時流量、累計流量等實時參數，并通過遠程注配調控，實現對井口按計劃、按實際流量需求進行注水等功能。SM40P-5000KB-F閥組間采集器，起到一個通用的無線協議轉換器的作用，集成1路RS485和本地無線。1路RS485可接入RS485信號的流量計或壓力變送器,軟件支持各種標準通信協議或者自定義協議。可兼容各個廠家的儀表設備，給設備的維護和后期改造帶來很多便利條件;本地無線可實現閥組間數據無線上傳至井場RTU。

SM40P-5000KB-F閥組間采集器將閥組間儀表數據采集匯總。統一數據格式后，一次性集中上傳。一方面可提高通信效率，避免上位機對閥組間儀表逐個輪詢掃描而導致輪詢周期過長，另一方面，統一了與上位機的數據接口，便于上位機軟件的開發調試和維護。

一.系統架構

1.三級鏈路通訊

1.1.閥組間數據采集：安裝協議轉換箱測取數據以RS485總線傳給RTU或安裝SM40P-5000KB-F型閥組間采集器測取數據無線傳給RTU。閥組間數據：各水井注水壓力、注水瞬時流量、累計流量，分水器壓力等。

1.2.井場數據采集：RTU采集閥組間數據并上傳至站控中心,也可控制采集器或協議箱遠程調配注水流量等。

1.3.站控數據采集：站控中心遠程管控RTU。根據設置進行數據采集、存儲并形成報表，還可進行遠程調配注水流量等。

2.通訊指標

2.1. 圖1模式,本地無線數字化網絡通訊：視距≥300m。載頻：433MHz，屬于ISM工作頻段，無需申請頻點。GFSK窄帶調制，同時采用了高效前向糾錯信道編解碼技術，提高低功耗情況下數據通訊可靠性。本地無線網絡可用于井場閥組間和抽油機的采集器與RTU之間無線通訊。

2.2. 圖2模式,總線通訊：RTU擴展數據通訊RS485,1路，可通過標準Modbus或者定制協議連接第三方設備。例如在閥組間測量應用中與第三方協議箱等連接。

2.3.RTU遠程通訊：Ethernet接口，10BASE-T PHY，兼容100/1000 BASE-T 網絡。

二.實施方案

1.井場監測

由上述系統架構可知，本系統以RTU為數據中介，閥組間、井場、站控組成三級層遞式監控網絡。對RTU而言，視距半徑300米內的井群可視為一個井場。

1.1.閥組間監測：安裝協議箱測取數據以485總線上傳給RTU或安裝SM40P-5000KB-F型閥組間采集器測取數據無線傳給井場RTU。

1.2.井場監測：每個井場安裝一臺RTU監測井場注水閥組間數據和抽油機數據。

2.閥組間配置

三.SM40P-5000KB-F型閥組間采集器：

1測量功能

1.1.節點容量：每臺RS485接口設備(流量計或分水器壓力表等)為一路節點，本采集器可接0～32路節點。1路節點監測1口水井變量包括管壓、瞬時流量、累積流量或監測一個分水器壓力。

1.2.實時監測：閥組間總體一個分水器(匯管)壓力及各水井的瞬時流量、累計流量、注水壓力數據;

1.3.參數設置：設置瞬時流量、壓力、閥門控制以及閥的工作模式。

1.4.數據存儲：容量32KB字節，按10口井分配，采集周期10秒，可保存364個包(折合1小時)的數據。即便通訊中斷(不超過1小時)，數據也不丟失，以保證數據連續性。

1.5.無線通訊：采集器與RTU之間采用本地無線通訊網絡通訊。安裝方便快捷，比傳統閥組間485總線連接RTU的測量模式省去了挖溝、布線等，大大節省了施工成本。

2.數據鏈路平臺

擴展數據通訊接口、RF無線數據通訊及主RTU寬帶數據通訊，建立了井場數據設備的通訊鏈路平臺。

3.技術指標

3.1.工業環境設計，戶外安裝，IP65密封壓鑄鋁機殼。

3.2. EMC抑制能力，IEC61000-4-4強度等級3級。

3.3.工作環境溫度，-40℃～+85℃。

3.4.本地無線數字化網絡通訊，作為與RTU間的數據通訊鏈路接口，視距≥300m。載波：433MHz，ISM工作頻段，無需申請頻點。GFSK窄帶調制。

3.5.擴展數據通訊接口：EIA-RS485-A標準，光電隔離，隔離電壓1000Vdc/1分鐘。

3.6.RTC實時時鐘，FRM鐵電存儲器，容量32KB字節。確保通訊不暢通時不丟失數據。

3.7.工業級電源，EMI/防雷擊濾波器，兼容220V/380V/660V多種現場電壓，直接從抽油機電控箱取電。

四.現場安裝：

SM40P-5000KB-F型閥組間采集器壁掛式安裝固定。吸盤天線請引出豎直吸附在閥組間房頂。

五.方案說明：

1.若采用SM40P-5000KB-F型閥組間采集器，與RTU以無線傳輸模式，則現場省去挖溝、排管、布線等，施工成本極低。

2. SM40P-5000KB-F型閥組間采集器采用壁掛式安裝，拆裝方便快捷。

3.閥組間若已安裝協議箱，則可選擇485總線連接井場RTU模式，挖溝布線多些麻煩。若無協議箱，則只能安裝SM40P-5000KB-F型閥組間采集器;二者取其一。

4.SM40P-5000KB-F型閥組間采集器可外接CDMA/GPRS/SCDMA等通訊設備，直接進行數據遠傳至站控中心，無需中介井場RTU，適用于單井“一拖一”遠程監控。

5.本文提及井場RTU，適用于井場監控。對RTU而言，視距半徑300米內的井群可視為一個井場。 即一個RTU管理一個井場內多口油井和閥組間，即“一拖多”模式，一個井場僅需要一臺RTU、一套通訊設備等，綜合成本較低。