基于DCS原理設計的抽油機數據采集系統

3 數據采集系統的網絡通信
3．1 自動化網絡與企業辦公網絡通信
油氣田自動化網絡相對于企業辦公網絡是一個相對封閉獨立的自動化工控網絡，要實現自動化控制網與企業辦公網的數據交換通暢，需要設計合理的網絡拓撲結構。所以油田自動化控制網絡根據自動化系統需求，采用內部IP地址，通過路由方式與企業辦公局域網建立連接，并以NAT網絡技術實現工控網絡內部IP地址與企業辦公網絡IP地址間的“邏輯”鏈路連接。所以自動化系統采用的網絡拓撲結構必須滿足自動化控制網絡系統安全及與企業網絡數據交換通暢的要求。
3．2 自動化網絡內部數據通信
為了保證通信的完整性，大部分DCS廠家都能提供冗余數據公路。為了系統的安全性，使用復雜的通信歸約和檢錯技術。所謂通信歸約就是一組規則，用來保證所傳輸的數據被接收，并且被理解使它與發送的數據一樣。整個數據傳輸系統由總部中心控制室的主工作站和下級各分工程師站的子站構成通信網絡，主工作站同時可以掛在網絡上，允許其他有協議的網絡計算機共享數據資源。具體工作方式采用主從式，即主站巡回呼叫各個子站，同時下傳數據。相應地被呼叫的子站接收數據并按要求上傳數據。收集到的數據由組態軟件管理在主機上實時顯示，同時寫入數據庫供第三方使用。實際的系統組態根據具體的管理層設置了兩層管理權限，即公司級管理員、現場操作級管理員。根據用戶名和密碼權限，公司級管理員能夠進入系統所有頁面并進行操作，現場級管理員則只能進入相應的管理區域頁面進行監管操作。采用網絡版的工控組態軟件，該軟件不但可以提供逼真的系統工藝圖，同時實時動態顯示控制現場參數和該系統設備工作狀態。
對于管理而言，系統采用基于工藝流程顯示、控制的組態軟件，它的人機界面好，管理功能強，同時支持網絡數據庫，能夠做到數據有效管理和共享。

4 系統可靠性的對策
4．1 對系統可靠性的一般理解
系統的可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力。作為產品的一個特性指標，可靠性具有綜合性、時間性和統計性的特點。所謂“綜合性”是指它不是從某一個側面來衡量產品的優劣，而是從整體上評價系統能否完成預定的功能來評價一個產品的優劣。所謂“時間性”是指系統在整個使用周期內，隨著時間的推移，在各種現場環境條件和不同的使用條件下，保持與該系統出廠驗收所達到的一切功能的能力。所謂“統計性”是指一套DCS可靠性的高低是不能用儀器在一個短時間內測量出來的，而是需要通過大量統計數據的積累，按照一定的統計規律才能求出。前端自動化測控儀表等設備長期工作在強腐蝕高溫高壓狀態下，對設備的硬件耐用性要求非常高。設計中利用雙重化冗余技術來達到高的可靠性，減少依賴于人工智能、無程序可循的工程業務和維修作業。系統可靠性的保證更為復雜，在這里筆者列舉系統初始數據采集的前端進行數字信號隔離，可以使得系統的可靠性大大提高。
4．2 提高單個設備使用從而提升系統整體安全
要提高設備的性能安全性，首先要了解該系統自動化儀表測量的實際指標，包括壓力、溫度、流量等。這些被測量值是會被傳感器等采集設備輸出作為電信號被讀取的。由此該系統控制環節所要測量的基本指標為：
壓力測量一般采用應變式壓力傳感器，精度高達(0．2％～0．3％)，輸出為0～5 V；溫度的測量一般采用美國AD公司生產的半導體集成溫度傳感器AD59KH，可以輸出標準化的線性電流，綜合了多種測量元件的優點；對于流量測量可以利用流量計，取其輸出的脈沖信號，同樣可以轉化為數字信號輸入該系統的檢測單元。
因此，可以通過減少非正常電信號對設備的沖擊，延長單個設備使用壽命。檢測并將信號送到AI模塊前，因電流轉換輸送單元與強電直接連接，高低壓之間無隔離，強電容易竄入AI模塊。輕者損壞模塊的某個通道，重者引起DCS中AI模塊的損壞，進而導致整塊AI模塊故障，使控制級主站的很多工藝參數不能顯示。所以加入數字I／O隔離模塊。被測的模擬信號經過三個環節變換成數字信號，輸入到計算機CPU處理單元，A／D轉換為12位精度地轉換模塊，其他兩個環節的精度和匹配是測量的關鍵。做如上信號處理后，可以最大限度的保護系統后環節的電子設備及模塊，從而提高整個系統的安全可靠性。原理圖如圖2所示。

5 結 語
該系統建成后可實時掌握抽油機的工作狀態，可以提高抽油機采油的工作效率。在設備出現故障時及早發現，避免不必要的經濟損失，縮短診斷故障的時間，有效地提高開井率。通過有線或無線網絡通信與主站計算機相接，可以使公司管理層直接了解各油井抽油機的工作狀態，縮短生產數據的傳遞周期，提高資料錄入存取的準確性。公司管理與生產決策人員可以通過中央控制室計算機直接了解各油井的示功圖變化，及時進行分析、診斷，從而達到優化系統，組織生產的目的。抽油機數據采集系統的建成可以實現數據自動提交、報表自動生成。從而降低勞動強度，可以同時為工程、地質人員提供準確及時的數據，實現了及時掌握油井生產動態和油田生產狀況。利用該系統可及時了解全油田的生產動態，通過多個實時及歷史數據的全面展示可以對某一生產分系統(如集輸系統)進行全面分析與監測，為系統優化運行提供參考依據。通過全部油井的逐一計量，可快速實現對全油田生產動態的及時掌握，為油田的技術措施提供數據支持。自動化實時數據向關系數據的轉化，實現了自動化數據與ERP等管理軟件的無縫接入，使自動化數據直接用于原油的生產運輸與管理，服務于企業的生產。