傳感器在抽油機井遠程監控系統中的應用
一、引言
抽油機井大多都分布在油田各采油場，其工作狀況的監測和控制，一直是采油場一項重要和困難的內容，一般的油井為巡視員或維修工定期巡回檢查，隨著油田現代化管理水平的不斷提高，早期的巡視員方式已逐漸被油井無人值守所代替。隨著工業控制技術的發展，無線遙測系統在國內油井中也得到了廣泛的應用。在該系統中，基于CDMA通迅信道的HLD4000型遠程監控系充分利用現有的計算機網絡，通過對現場的監控和數據采集、傳輸，可以實現油井遠程監控需求從而實現各單井狀態的集中監控，減少人員投入，縮短油井故障發現和排除時間，極大的提高了生產效率，WB系列傳感在該系統得到了廣泛的應用。
二、WB成套傳感器介紹
WB系列電量隔離傳感器是由維博電子有限責任公司于八十年代末九十年初研制并擁有自主知識產權率先向市場推出的新一代高性能電量檢測產品，可以對電路中的電流、電壓、頻率、功率、功率因數等電參量進行高速、高精度的隔離測量和變換，也可以對微弱的電參量信號進行高速、高精度的隔離放大和傳送，將其變換調理成符合國際通用標準的電壓、電流、頻率等模擬信號輸出，或將其變換成數字量輸出、開關量狀態輸出、RS485/232輸出等，既可以和傳統的指針式儀表相接，更適合于與現代的數字式自控儀表、各種A/D轉換器、以及計算機系統直接配接，廣泛應用于電力、通信、鐵路、礦山、冶金、交通、儀表等行業。
本系列產品的輸入端與輸出端完全隔離，可以解決自動檢測及多路數據采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關鍵技術問題，有效克服共模干擾，提高系統精度，簡化系統設計，降低系統成本。與傳統的電測器具相比，本系列產品具有精度高、體積小、功耗低、通頻帶寬、性價比高等特點。
為了滿足廣大客戶需要成套提供傳感器的要求，維博公司于03年率先推出油田專用成套傳感器，特點簡介如下：
1、 抽油機井電源監測 三相電壓電流輸入、RS485輸出
專門針對抽油機井用電設備而設計的隔離型組合參數智能傳感器，取代模擬變送器。其檢測信號為交流3相電壓，3相電流；輸出內容為3電壓（有效值）、3電流（有效值）、有功功率、無功功率、功率因數、有功電度、無功電度和頻率數據。輸出可由通訊接口獲取所需的電參量數椐的標幺值，無須RTU做交流采樣。
2、專用固定負荷傳感器 量程：0～150kN； 輸出靈敏度：1mV/V；
全密封防水設計，滿足全天候使用； 優化插頭，提高可靠性； 操作方便安全； 輸出一致，完全互換，使用壽命長。
3、壓力傳感器 量程：從0～10Kpa到0～500Mpa，輸出：標準二線制
本產品是本所利用進口充油隔離組件或整體不銹鋼應變引壓體，把固態集成工藝與隔離膜片技術結合在一起，擴散硅芯片被安裝在充滿硅油的圓柱腔體內，通過不銹鋼膜片和外殼把其與測量介質隔離開。產品可在惡劣環境下工作（如埋到地下）
4、角位移傳感器 量程：0～100、0～180、0～270、0～340（連續） 輸出0-5V
本品是一種以電壓輸出與軸旋轉角度為線性關系的用于測量物體旋轉位置的傳感器，其特點是精度高、壽命長、輸出平滑性好等等。
5、溫度傳感器 （井口溫度） PT1000電阻輸出
進口PT1000封裝；耐靜壓大于30Mpa；溫度響應時間快；傳感器外型可根據用戶要求定；工作溫度：-50℃～+400℃，精確度等級A級。
6、紅外雙監（三監）報警傳感器。
綜合當今安防領域最高科技的高性能雙窗口探測器，由主從雙組高精度被動紅外探測裝置和抗強光電路及模糊邏輯數碼核心組成，防水外殼，造型優美。
三、HLD4000油井遠程監控系統組成及功能
HLD4000油井監控系統是勝利油田聯合電子科技大學共同研制的新一代油井遠程監控系統。
1、監控系統運行環境
Ø 服務器操作系統：Windows （Advance） Server 2000 或Windows Server 2003服務器操作系統
Ø 服務器數據庫服務器：Microsoft SQL-Server 2000 標準版數據庫服務器
Ø 服務器Web服務器：Microsoft Internet Information Services （IIS） 5.0以上Web服務器
Ø 數據庫訪問組件：Microsoft Data Access Components （MDAC） 2.7及以上
Ø Microsoft .NET Framework: Microsoft .NET Framework 1.1
Ø 客戶端操作系統：Windows 9X以上
Ø 客戶端Web瀏覽器：IE5.5以上Web瀏覽器
2、監控系統架構
3、監控系統功能
基于CDMA技術的抽油機井監測系統由抽油機井現場監控單元和監控中心設備及CDMA無線數據通信單元三部分組成。
現場監控單元主要由各傳感器（如負荷、油管回壓、油溫、三相電流、三相電壓等，根據需要選定）、數據采集存儲處理分系統、CDMA通信分系統、電源分系統和相應的軟件等組成。監控中心由路由器、服務器及其后臺軟件等組成。
數據采集分系統應用先進的嵌入式處理器S3C4510以及高性能單片機MSP430F149。系統工作時數據采集分系統實時采集各傳感器的數據，并按照相應數學計算模型進行處理，將處理結果和原始數據進行存儲，然后按照要求和數據格式將信息傳送給CDMA通信分系統。CDMA通信分系統在開機后首先與監控中心建立數據鏈路，中心收到鏈路信息后即可獲得油井的運行信息，可隨時接收數據采集分系統的數據信息。當通信分系統接收到數據采集分系統的信息后，通過公共CDMA網絡經VPDN，將數據發給監控中心，或將控制中心發來的信息傳給數據采集分系統。
監控中心是該系統的指揮中心，它可以通過VPDN經CDMA網向現場監控設備發送初始化命令和信息、可以對接收的數據進一步處理，可以將必要的信息通過網絡發給各部門。
系統監測抽油機井電機三相電壓值、三相電流值、以及抽油機負荷、井口油管回壓、井口油管溫度等，具體方式如下：
※ 定時上傳信息
※ 輪循上傳信息
※ 隨機抽沒信息
※ 故障實時報警
※ 設備故障自檢
3．2 遠程控制功能
監控中心可以對油井現場監測單元進行以下控制：
※ 設置油管回壓、負荷、電動機功率等參數的超限值。
※ 設置沖程
※ 設置終端時間、修改IP地址
3、3 報警功能
油井現場監控設備連續采集各傳感器數據，并對數據進行分析處理。當結果滿足監控中心設定的正常范圍時，現場監控制備就每隔一定時間（時間間隔由監控中心設定）上傳 一次當前油井動行正常狀態字；
當結果超出監控中心設定的正常范圍時，判定設備出現異常，現場設備上傳一個油井運行故障字，并將有關的超限參數等信息上傳至監控中心并采取相應的措施.
3、4 輔助分析功能
監控中心處理接收到的數據，分析油井場運行狀況項目有：
※ 抽油機平衡率分析。
※ 抽油機耗電量統計、分析。
※ 功圖智能判別。
※ 歷史數據比較、分析。
※ 三相電流的最大、最小值。
※ 有功功率最大、最小值。
※ 無功功率最大、最小值。
※ 上、下沖程最大電流值。
※ 功率因數量大、最小值。
四、 系統主要技術指標
1、檢測內容及范圍
三相電流: 0～100A 監測精度： 0.5%
三相電壓: 0～1200VAC 監測精度： 0.5%
負 荷: 0～150KN 監測精度： 0.5%
油 溫: 0～100℃ 監測精度： 0.5%
位 移: 0～6m 監測精度： 1%
井口油管回壓: 0～10Mpa 監測精度： 0.5%
2、系統現場環境
工作電源：各油井監測點AC380V±20%或AC1140V；
溫度：－40～＋70℃；
濕度：5%～95%
3、無線通信距離
在CDMA網絡覆蓋區域內通信距離不受限制。
4、系統檢測時間
抽油機井現場監控系統檢測參數和監測時間段可本地設置或由監控中心設定。
結束語
該系統已經成功應用于勝利油田，在該監控系統中，使用監測終端和配套組態軟件，監測終端將檢測到的單口抽油機采油的現場狀態，通過CDMA送給監控中心，從而實現各單井狀態的集中監控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發現和排除時間，極大的提高了生產效率，同時系統的性價比特高，無需采購價格昂貴的PLC控制器。另外，本系統還非常適合輸油管漏油，計量站，聯合站等油田生產過程自動化監控系統。
抽油機井大多都分布在油田各采油場，其工作狀況的監測和控制，一直是采油場一項重要和困難的內容，一般的油井為巡視員或維修工定期巡回檢查，隨著油田現代化管理水平的不斷提高，早期的巡視員方式已逐漸被油井無人值守所代替。隨著工業控制技術的發展，無線遙測系統在國內油井中也得到了廣泛的應用。在該系統中，基于CDMA通迅信道的HLD4000型遠程監控系充分利用現有的計算機網絡，通過對現場的監控和數據采集、傳輸，可以實現油井遠程監控需求從而實現各單井狀態的集中監控，減少人員投入，縮短油井故障發現和排除時間，極大的提高了生產效率，WB系列傳感在該系統得到了廣泛的應用。
二、WB成套傳感器介紹
WB系列電量隔離傳感器是由維博電子有限責任公司于八十年代末九十年初研制并擁有自主知識產權率先向市場推出的新一代高性能電量檢測產品，可以對電路中的電流、電壓、頻率、功率、功率因數等電參量進行高速、高精度的隔離測量和變換，也可以對微弱的電參量信號進行高速、高精度的隔離放大和傳送，將其變換調理成符合國際通用標準的電壓、電流、頻率等模擬信號輸出，或將其變換成數字量輸出、開關量狀態輸出、RS485/232輸出等，既可以和傳統的指針式儀表相接，更適合于與現代的數字式自控儀表、各種A/D轉換器、以及計算機系統直接配接，廣泛應用于電力、通信、鐵路、礦山、冶金、交通、儀表等行業。
本系列產品的輸入端與輸出端完全隔離，可以解決自動檢測及多路數據采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關鍵技術問題，有效克服共模干擾，提高系統精度，簡化系統設計，降低系統成本。與傳統的電測器具相比，本系列產品具有精度高、體積小、功耗低、通頻帶寬、性價比高等特點。
為了滿足廣大客戶需要成套提供傳感器的要求，維博公司于03年率先推出油田專用成套傳感器，特點簡介如下：
1、 抽油機井電源監測 三相電壓電流輸入、RS485輸出
專門針對抽油機井用電設備而設計的隔離型組合參數智能傳感器，取代模擬變送器。其檢測信號為交流3相電壓，3相電流；輸出內容為3電壓（有效值）、3電流（有效值）、有功功率、無功功率、功率因數、有功電度、無功電度和頻率數據。輸出可由通訊接口獲取所需的電參量數椐的標幺值，無須RTU做交流采樣。
2、專用固定負荷傳感器 量程：0～150kN； 輸出靈敏度：1mV/V；
全密封防水設計，滿足全天候使用； 優化插頭，提高可靠性； 操作方便安全； 輸出一致，完全互換，使用壽命長。
3、壓力傳感器 量程：從0～10Kpa到0～500Mpa，輸出：標準二線制
本產品是本所利用進口充油隔離組件或整體不銹鋼應變引壓體，把固態集成工藝與隔離膜片技術結合在一起，擴散硅芯片被安裝在充滿硅油的圓柱腔體內，通過不銹鋼膜片和外殼把其與測量介質隔離開。產品可在惡劣環境下工作（如埋到地下）
4、角位移傳感器 量程：0～100、0～180、0～270、0～340（連續） 輸出0-5V
本品是一種以電壓輸出與軸旋轉角度為線性關系的用于測量物體旋轉位置的傳感器，其特點是精度高、壽命長、輸出平滑性好等等。
5、溫度傳感器 （井口溫度） PT1000電阻輸出
進口PT1000封裝；耐靜壓大于30Mpa；溫度響應時間快；傳感器外型可根據用戶要求定；工作溫度：-50℃～+400℃，精確度等級A級。
6、紅外雙監（三監）報警傳感器。
綜合當今安防領域最高科技的高性能雙窗口探測器，由主從雙組高精度被動紅外探測裝置和抗強光電路及模糊邏輯數碼核心組成，防水外殼，造型優美。
三、HLD4000油井遠程監控系統組成及功能
HLD4000油井監控系統是勝利油田聯合電子科技大學共同研制的新一代油井遠程監控系統。
1、監控系統運行環境
Ø 服務器操作系統：Windows （Advance） Server 2000 或Windows Server 2003服務器操作系統
Ø 服務器數據庫服務器：Microsoft SQL-Server 2000 標準版數據庫服務器
Ø 服務器Web服務器：Microsoft Internet Information Services （IIS） 5.0以上Web服務器
Ø 數據庫訪問組件：Microsoft Data Access Components （MDAC） 2.7及以上
Ø Microsoft .NET Framework: Microsoft .NET Framework 1.1
Ø 客戶端操作系統：Windows 9X以上
Ø 客戶端Web瀏覽器：IE5.5以上Web瀏覽器
2、監控系統架構
3、監控系統功能
基于CDMA技術的抽油機井監測系統由抽油機井現場監控單元和監控中心設備及CDMA無線數據通信單元三部分組成。
現場監控單元主要由各傳感器（如負荷、油管回壓、油溫、三相電流、三相電壓等，根據需要選定）、數據采集存儲處理分系統、CDMA通信分系統、電源分系統和相應的軟件等組成。監控中心由路由器、服務器及其后臺軟件等組成。
數據采集分系統應用先進的嵌入式處理器S3C4510以及高性能單片機MSP430F149。系統工作時數據采集分系統實時采集各傳感器的數據，并按照相應數學計算模型進行處理，將處理結果和原始數據進行存儲，然后按照要求和數據格式將信息傳送給CDMA通信分系統。CDMA通信分系統在開機后首先與監控中心建立數據鏈路，中心收到鏈路信息后即可獲得油井的運行信息，可隨時接收數據采集分系統的數據信息。當通信分系統接收到數據采集分系統的信息后，通過公共CDMA網絡經VPDN，將數據發給監控中心，或將控制中心發來的信息傳給數據采集分系統。
監控中心是該系統的指揮中心，它可以通過VPDN經CDMA網向現場監控設備發送初始化命令和信息、可以對接收的數據進一步處理，可以將必要的信息通過網絡發給各部門。
系統監測抽油機井電機三相電壓值、三相電流值、以及抽油機負荷、井口油管回壓、井口油管溫度等，具體方式如下：
※ 定時上傳信息
※ 輪循上傳信息
※ 隨機抽沒信息
※ 故障實時報警
※ 設備故障自檢
3．2 遠程控制功能
監控中心可以對油井現場監測單元進行以下控制：
※ 設置油管回壓、負荷、電動機功率等參數的超限值。
※ 設置沖程
※ 設置終端時間、修改IP地址
3、3 報警功能
油井現場監控設備連續采集各傳感器數據，并對數據進行分析處理。當結果滿足監控中心設定的正常范圍時，現場監控制備就每隔一定時間（時間間隔由監控中心設定）上傳 一次當前油井動行正常狀態字；
當結果超出監控中心設定的正常范圍時，判定設備出現異常，現場設備上傳一個油井運行故障字，并將有關的超限參數等信息上傳至監控中心并采取相應的措施.
3、4 輔助分析功能
監控中心處理接收到的數據，分析油井場運行狀況項目有：
※ 抽油機平衡率分析。
※ 抽油機耗電量統計、分析。
※ 功圖智能判別。
※ 歷史數據比較、分析。
※ 三相電流的最大、最小值。
※ 有功功率最大、最小值。
※ 無功功率最大、最小值。
※ 上、下沖程最大電流值。
※ 功率因數量大、最小值。
四、 系統主要技術指標
1、檢測內容及范圍
三相電流: 0～100A 監測精度： 0.5%
三相電壓: 0～1200VAC 監測精度： 0.5%
負 荷: 0～150KN 監測精度： 0.5%
油 溫: 0～100℃ 監測精度： 0.5%
位 移: 0～6m 監測精度： 1%
井口油管回壓: 0～10Mpa 監測精度： 0.5%
2、系統現場環境
工作電源：各油井監測點AC380V±20%或AC1140V；
溫度：－40～＋70℃；
濕度：5%～95%
3、無線通信距離
在CDMA網絡覆蓋區域內通信距離不受限制。
4、系統檢測時間
抽油機井現場監控系統檢測參數和監測時間段可本地設置或由監控中心設定。
結束語
該系統已經成功應用于勝利油田，在該監控系統中，使用監測終端和配套組態軟件，監測終端將檢測到的單口抽油機采油的現場狀態，通過CDMA送給監控中心，從而實現各單井狀態的集中監控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發現和排除時間，極大的提高了生產效率，同時系統的性價比特高，無需采購價格昂貴的PLC控制器。另外，本系統還非常適合輸油管漏油，計量站，聯合站等油田生產過程自動化監控系統。
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