安空5313抽油机控制器.docx
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安空5313抽油机控制器
1、一般的系统拓扑图：
采集到的载荷、冲程、冲次、转速、压力、温度等各类数据通过无线传输模块发送到RTU，RTU利用GPRS/CDMA等无线网络将数据传到油田中控室，通过中控室安装的油井生产实时分析优化专家系统对油井进行实实时计算、实时诊断、实时优化、实时发布、实时控制，从而提出更佳的设计方案。
同样，中控室发出的相关指令通过无线网络传送到RTU，实现油井专家对油井的远程控制。
系统拓扑图如下所示：
2、系统组成和功能
2.1硬件系统
抽油机井采集数据类型：
采集电压、电流、功率、电量、载荷、冲次、冲程、井口压力、动液面、油温、生产时率、开停井时间等生产参数，并可进行人工/自动远程控制。
螺杆泵井采集数据类型：
采集电压、电流、功率、电量、回压、油温、载荷、扭矩、转速、动液面、开停井时间等生产参数，并可进行人工/自动远程控制。
电潜泵井采集数据类型：
采集电压、电流、功率、电量、油压（油嘴前压力）、回压（油嘴后压力）、油温、动液面、开停井时间等生产参数，并可进行人工/自动远程控制。
自喷井数据采集类型：
采集油压（油嘴前压力）、回压（油嘴后压力）、油温等生产参数，并可进行人工/自动远程控制采集。
视频监控：
能够对石油开采过程中的运作情况实时录制，并存入数据库，便于对运作情况的勘查，直观查看现场工况；生产出现故障，可以通过远程查看现场，初步进行诊断，从而准确安排维修人员，一步到位；使用视频监控功能，防范偷油、破坏等事件发生。
主要硬件产品：
一体化示功仪、无线压力传感器、无线温度传感器、转速传感器、载荷传感器、油井RTU等。
2.2、主要硬件产品如下所示（有些可能不是按控产品，也可采用安控的RTU及安控相关的产品）：
2.3、现场安装示意图
游梁机井现场配置安装图（全无线）
螺杆泵现场配置安装图
电潜泵井、自喷井现场配置安装图
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2012-08-1223:
35:
2420楼
3、软件系统
软件系统要能实现数据的采集，分析等等一系列功能，这块的实现可以实现任何一家公司的相关产品，如安控公司的相关产品。
油井生产实时分析优化专家系统的独创内容包括：
利用功图、压力、温度、电流、功率等数据，实现油井生产工况实时诊断；远程实时产液量计量、用电消耗计量及能耗分析；应用扭矩法、电能法、功率曲线法等计算和调节抽油机平衡；钢丝绳、玻璃钢、碳纤维等特种抽油杆的抽油机井优化设计；基于诊断、优化设计结果的专家解决方案发布。
系统依据以上复杂的油井工况诊断和工艺参数设计结果，远程实时实现对油井的“大闭环”智能控制。
对于所采用的软件系统正常情况下都必须具备以下几项功能：
3.1、数据采集功能：
将传感器采集的数据能实时的发布在WEB上。
3.2故障报警功能：
停电、停机、回压异常、缺相及电流异常、抽油机抽空、防盗红外监控。
3.3控制保护功能：
对油井间抽控制；缺相、三相电流不平衡、自动停机；远程启停控制和开关井场照明灯；井口加药装置、投球装置的自动控制；实现对油井产/掺水液量的自动计量控制；采用生产数据的远程监控与视频图像监控相结合的方式进行控制。
3.4数据通讯功能：
单井采用远程数据集散控制中心与上位机进行数据通信；中控室采用无线宽带/光缆网络通讯方式实现联网。
3.5数据管理功能：
图形方式实时显示压力、温度、载荷、电流、电压、功率等各种生产参数及泵、机等生产设备运行状态；实现生产参数超限报警及设备故障报警，预测故障位置和故障原因并进行相应提示。
3.6生产管理及遥控指挥：
自动记录巡井时间；与油田局域网数据共享；可以通过现有局域网络，在网上远端监控油水井生产现场并进行指挥。
3.7油井产量、电量计量功能：
在油井正常运行期间，能够实现远程测试数据的自动录取，根据采集的压力、转速、地面示功图、电量等数据，应用油井量油技术，计算油井产液量，实现在无人值守情况下能及时掌握油井的动态变化和用电情况。
3.8油井生产系统分析与优化决策功能：
根据检测数据，进行生产井参数优化设计、在线诊断、抽油井系统效率分析等。
3.9网络查询功能：
通过IE浏览器和专用的视频播放软件，在油田信息网上可随时浏览各油井的各个监控画面、实时生产数据、液量计量、工况诊断、优化设计等结果，查询有关生产报表及分析结果。
抽油泵的工作原理
当活塞上行时，游动阀受油管内活塞以上液柱的压力作用而关闭，并排出活塞冲程一段液体，固定阀由于泵筒内压力下降，被油套环形空间液柱压力顶开，井内液体进入泵筒内，充满活塞上行所让出的空间。
当活塞下行时，由于泵筒内液柱受压，压力增高，而使固定阀关闭。
在活塞继续下行中，泵内压力继续升高，当泵筒内压力超过油管内液柱压力时，游动阀被顶开，液体从泵筒内经过空心活塞上行进入油管．
在一个冲程中，深井泵应完成一次进油和—次排油．活塞不断运动，游动阀与固定阀不断交替关闭和顶开，井内液体不断进入工作筒，从而上行进入油管，最后达到地面。
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2012-08-1223:
35:
4521楼
ECHO5313抽油机数据采集器是安控公司针对油田抽油机功图数据采集而生产的采集终端（RTU），它采用了先进的工业级产品作为主采集器，具有功能性强，可靠性高，应用灵活，操作方便等特点，结合上位机功图诊断、计量软件可以很方便的得到油井工况。
概述
ECHO5313抽油机数据采集器是安控公司针对油田抽油机功图数据采集而生产的采集终端（RTU），它采用了先进的工业级产品作为主采集器，具有功能性强，可靠性高，应用灵活，操作方便等特点，结合上位机功图诊断、计量软件可以很方便的得到油井工况。
ECHO5313抽油机采集器具备多种采集功能供用户选择，以满足不同现场的需求，用户可根据现场采集数据点要求不同加以选择。
结构与配置
外部结构
ECHO5313抽油机数据采集器由主采集器、电源、电源开关、接地汇流条及保护箱等组成。
保护箱分为立式和挂式两种，为单箱体、单开门结构。
保护箱可起到防雨、防晒、防尘的作用。
采集器配置
主采集器配置：
抽油机采集器内部主采集器选用Super32RTU，根据功能不同分为2种
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带网络接口控制器
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不带网络接口控制器。
下位机配套软件：
抽油机采集器下位机配套软件有以下几种：
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二次开发平台软件，用户可以根据项目特殊需要进行二次开发，编程语言符合IEC61131-3标准，例如用户需要通过RS232通讯控制现场变频器。
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数据采集程序。
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远程通讯程序。
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数据存储程序。
上位机配套软件：
抽油机采集器上位机配套软件有以下几种
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远程通讯驱动软件
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上位机示功图回放软件
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上位机功图计量软件
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上位机功图诊断软件
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现场数据读取操作程序
采集器主要配件
原理示意图:
ECHO5313抽油机数据采集器原理示意图。
特点
ECHO5313抽油机数据采集器具有如下特点。
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★配置合理，具有很强的现场适应能力
具有AI、RTD、电桥等多种类型的输入、输出信号；可直接接入两线制仪表；可检测负荷、油压、套压、油温、冲次、电量参数等不同类型的信号。
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★兼容性好，采用多种标准的通讯协议
支持标准的ModbusRTU、ModbusASCII通信协议、TCP/IPMODBUSRTU及ECHO4100通讯协议。
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★大存储容量
控制器内部自带4MFLASH，可以大量存储历史数据，系统存储1000条示功图及油井数据。
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★通讯灵活，可对数据参数实现现场、远程监视和设定。
系统提供三路对外串行接口；可配接数传电台、GPRS/CDMA、GSM短信通讯、蓝牙通讯、485通讯等多种远程通讯设备；
可配接现场显示、手操器、笔记本电脑等多种现场读写设备，通过这些读写设备可现场设定采集器参数，也可远程设定；通过这些读写设备可现场显示各类数据、图形。
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★供电灵活
系统供电灵活方便可适应不同供电电压、太阳能供电等多种供电方式，根据现场特点选择合理供电方式。
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★结构完备，可直接应用于工业现场
完备的供电、检测、操作、安装、防护设计，用户无须二次配置；外加保护箱，可很好地起到了防雨、防晒、防尘的作用。
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★工业标准设计，适合于各种恶劣环境
内部器件均选用优秀的工业级产品；具有卓越的温度特性，可在恶劣环境下工作；使用温度可达-40℃~70℃，存储温度达-50℃~80℃；
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★性能可靠，为用户提供了优质的保证
电源、信号入出口均有保护措施，并与主控电路隔离；具有看门狗及数据掉电保护功能，可长期保存设定参数及历史数据；产品的研制、生产、检验严格按照ISO9001质量体系标准进行。
主要功能
ECHO5313数据采集器具有如下功能：
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★数据采集功能
采集油井示功图、电流图、电量参数、油井数据和抽油机的状态信息，并定时保存这些数据。
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★远程通讯功能
抽油机功图数据和油井数据、抽油机的状态信息的远程传送、读取，工作参数远程设定。
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★井况诊断功能
通过对油井参数分析，可以对油井的工况进行诊断，及时判断油井故障。
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★现场操作功能
通过显示器、手操器或笔记本电脑现场显示示功图，现场读取、设定工作参数。
通过手操器或笔记本电脑现场读取控制器数据，可存储，可回放显示。
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★数据保护功能
自动记录保存相关的工作状态和数据信息，存储历史记录。
在掉电时，设定参数及历史数据不丢失。
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★错误判断功能
自动判断控制器及现场仪表错误，给出错误信息。
技术指标
应用指南
根据产品特点，结合现场情况，ECHO5313抽油机数据采集器的典型应用为现场单机运行和多机联网运行。
单机运行
抽油机数据采集器安装在抽油机井口，无远程通讯，采集器将采集的示功图、电流图、油井数据进行存储，工作人员定期到井口将数据读取到手操器或便携机中，通过示功图回放软件进行示功图显示，通过示功图计量软件进行油井产液量计量，通过示功图诊断软件进行井况诊断。
系统框图如下：
多机联网运行
抽油机数据采集器安装在抽油机井口，上位机系统通过远程通讯驱动软件采集示功图、电流图、油井数据，并可以通过示功图计量软件进行油井产液量计量，通过示功图诊断软件进行井况诊断。
并且现场采集器同时也进行存储。
系统框图如下：
ECHO5313选型表
用户根据自己项目实际情况，按下表进行选择所需的功能，将此表提交给综合管理部。
如若所需功能表中未列出请填写到其它栏中。
工程选件
本系统要实现的是无线的通信，对于“抽油井数字化监控系统”一般有如下的几部分，现在就典型系统说明如下：
一、基本概述：
根据油井分布的地域特点与无线通讯技术发展的水平，油井游梁式抽油机井数据采集远程监控系统考虑用CDMA/GPRS或者数传电台通讯模式，系统主要由传感器、井口控制器SU、CDMA/GPRS（数传电台）通讯模块DTU、采油厂通讯机、实时数据库服务器、WEB服务器、监控浏览终端等组成。
油井工作状态传感器主要有温度传感器，压力传感器，电机电流、电压传感器抽油机载荷、位移传感器、变压器一次侧电流传感器，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至井口控制器SU。
然后经CDMA/GPRS网或数传电台，接入采油厂通讯机，数据通讯机采用轮询方式收集井口控制器数据，数据经过分析经处理后，进采油厂实时数据库。
厂矿小队的计算机可根据不同的权限，采用C/S或B/S模式对实时数据库进行访问。
二、系统组成
1、一般来说系统主要由以下几部分组成：
监控中心：
（计算机、油井监控系统软件）
通信网络:
（基于移动或者电信的通信网络平台）
GPRS/CDMARTU：
（采集现场仪器仪表信号，通过GPRS/CDMA网络传输到监控中心）
测量仪表：
（无线示功仪、无线温度传感器、无线压力传感器、无线开关报警单元）
2、系统结构图：
三、硬件系统的一般组成介绍：
1、GPRS/CDMARTU：
RTU的作用是将无线传感器、无线模块发来的数据接收后在本地显示或者数据打包后发送到监控中心，也可以从监控中心对现场设备进行启停等控制。
一个RTU相对应路数的无线传感器或传感器模块（这里我们着重推荐安控的个系列的RTU如：
安控Super32-L系列RTU），可以接示功仪、电参数、模拟量、开关量等多种形式的数据。
RTU有市电供电和太阳能电池供电两种。
2、短距离一体化示功终端：
示功终端是用来测量油田抽油机示功图的，采用加速度传感器测量位移，采集到数据后通过GPRS/CDMA发送到监控中心或者发送到本地监控器，抽油机启停时报警，电池或太阳能供电，电池容量按照使用2年设计
3、短距离无线压力、温度传感器：
采集的压力和温度，通过433M发送到RTU，RTU对数据处理后，现场显示或发送到监控中心。
传输距离室外最多100米，电池使用寿命也应有相当的使用寿命！
四、软件系统的一般组成说明
软件系统一般应具有具有示功图、电流图（或功率图）、电流、电压、温度、压力等参数的实时趋势、历史趋势监视功能，可方便地了解长时间的参数变化情况，方便快速分析。
具备编制这些功能的相应组态软件都可（可以是安控的相应的软件系统）
自动记录抽油机工作过程，开机时间和停机时间累计，保存历史信息
具有静态数据浏览和编辑等功能：
包括抽油机型号、配置电机型号、油井井号、冲程、线路名称、量程、报警上、下限、油井井况等方面的数据，并能添加新开油井、删除停产油井、修改作业井的基本数据。
对抽油机井停机、参数越限、抽油杆断脱、抽油杆卡死等异常状况给出报警信息。
具有数据掉电保护功能，可长期保存设定参数及历史数据。
远程实现对抽油机的负荷超限停机控制，定时启动控制。
远程实现对监控终端的参数配置和超限值的设定
引入GIS地理信息管理系统，能非常直观形象的反映整个油区油井的工作状况
单井数据采集器—ECHO5313
可靠、灵活、简便
单井数据采集器既可独立工作，也可方便地联入控制网络实现远程遥测，形成SCADA系统，它由RTU、传感器、手操器等组成。
RTU结合负荷传感器、角位移传感器或位置开关便可实现示功图采集。
主要硬件功能配置如下表：
产品特点：
●配置合理，具有很强的现场适应能力，可检测负荷、油压、套压、油温、冲次等不同类型的现场参数。
●采用先进的32位芯片，嵌入式实时多任务操作系统（RTOS）。
●支持ModbusRTU等通信协议，具有RS232、GPRS/CDMA等通讯接口。
●看门狗及数据掉电保护功能，可长期保存设定参数及历史数据。
●控制器自带4MFLASH，可大量存储历史数据。
●完备的功能结构设计及防雨、防晒、防尘保护，可直接应用于工业现场。
●工业标准设计，工作温度－40～70℃，工作湿度5～95％RH，适应各种恶劣环境。
●电源、信号入出口均有保护措施，并与主控电路隔离。
●采用无线技术手操器，可方便读取数据或设置参数。
●安装简便、不需要复杂的电缆敷设工作，减少现场安装成本，为用户投资有效性提供了保证。
●采用免维护的设计理念，减少现场维护工作量，有效节省客户的使用成本。
●产品的研制、生产、检验严格按照ISO9001质量体系标准进行。
产品功能：
●功图采集功能:
可实时采集油井功图。
●远程通讯功能:
抽油机功图数据远程传送、读取，工作参数远程设定。
●现场操作功能:
通过手操器或便携电脑现场显示功图，读取、设定工作参数并可存储，可回放显示。
●数据保护功能:
自动记录保存相关的工作状态和数据信息，存储历史记录。
在掉电时，设定参数不丢失。
●错误判断功能:
自动判断控制器及现场仪表错误，给出错误信息。
●自检功能:
具有控制器自检功能，可检查控制器的硬件故障。
附件：
无线负荷传感器：
S902型负荷传感器是专用于测试抽油机抽油杆所受压力的专用设备。
通讯协议符合IEEE802.15.4标准，无线芯片采用单片低成本低能耗的RF收发芯片。
角位移传感器（适用于游梁式抽油机）：
S901型角位移传感器是专用于测试游梁式抽油机抽油杆位移的设备。
位置传感器（适用于悬梁式抽油机）：
SKEY4型位置开关采用稳定可靠的霍尔器件制作，是专用于测试抽油机示功图时计量抽油杆位移的专用设备。
手操器：
通过手操器现场显示示功图，现场读取、设定工作参数，可本地读取RTU保存的数据，上传到软件系统。
对油井作业频繁的特点，精心设计产品结构及安装方式，插拔式接线，拆装方便。
做到小修不拆卸，大修不费事。
模块式结构，安装、拆卸无须专业人员，普通工作人员经过简单培训即可完成，维修方便，为您节省每一分维护成本。
无线通讯设计，无线载荷设计，减少现场布线，节省施工成本。
通讯系统：
永远在线
系统支持GPRS、CDMA通讯，合理设置通讯流量规划，采用先进算法，节省用户运营费用。
传输流程：
现场采集数据－现场RTU（编码）GPRS发送－公网－信息中心－转传未解码数据包－局域网－处理和应用服务器－网络终端用户。
GPRS网络临时中断或其它原因造成信息中断，影响数据传输时，RTU会对采集数据进行临时存储，并在网络恢复后系统主动读取RTU的数据。
存储空间保证至少3天数据采集量。
系统还支持移动存储监测方式，适用于因条件所限，井口RTU不能与中控室通讯的状况。
工作方式为现场人员用单井数据采集器配套的附件手操器，采用短距离无线技术在现场将各RTU存储的数据采集到手操器然后转存到中心控制室进行数据分析，产液量计算等操作。
软件系统：
为用户设想、合心合意
“单井数据采集系统”是针对油田生产而开发的集数据采集显示、数据分析存储、辅助管理、WEB发布功能的专用一体化软件系统。
系统设计遵循“简单实用、经济高效”的原则，软件自动化程度高，实时采集、实时计算、实时发布。
系统实现了油井产液量的自动计量、油井产液量的查询和油井运行监控，油井生产状况、功图、产液量曲线展示，实现单井生产信息的数字化处理。
油井的示功图、产液量、压力等生产数据可以随时提取，管理人员可以及时发现油井的异常情况并采取措施。
软件系统的设计以简化地面计量流程和提高系统效率为目标，是油田自动化和生产分析设计工作有机的结合，从而为油田地面工艺系统的优化设计提供强有力的技术支撑。
现场工艺仿真：
单井量油控制器实时采集现场数据，监视现场设备生产状态，模拟现场工艺流程。
功图采集：
实时采集地面功图，可根据现场要求灵活设定功图刷新频率；与抽油机基本数据结合，计算出井下泵功图，更真实的反应井下实际情况。
功图分析：
可按时间顺序对每个井口进行功图叠加对比，直观得出井口功图的变化趋势；可以诊断出供液不足、自喷等井口工况。
产液量计算：
系统以油井“功图法量油技术”为核心来解决单井产液量计算，计量算法有很强的适用性，油井生产后期阶段的间歇出油、间抽工作和井况变化较大的情况下，同样能够适用。
安全功能：
系统根据功图可自动判断断杆、卡杆等故障；同时监测负荷、压力等参数，异常时主动产生声光报警，保证系统生产安全。
统计、分析功能：
生成单井产液量的曲线，方便工作人员观察单井产液量的变化，可以设定站、层位、区块等的地质统计信息。
定制查询功能：
用户可定制查询条件，对数据进行查询，如设定查询产液量波动比较大的不正常井；油套压变化较大的井等操作，查询输出支持曲线、报表、饼图等方式，方便打印。
提供标准数据库接口：
可方便与其它系统共享数据；
海量信息存储：
历史数据长期存储，油井生产日志支持工程师对日常生产决策分析；
高效的WEB发布功能：
无论企业内部局域网还是互联网都可以实时发布数据。
系统结构图：
单井数据采集器既可独立工作，也可方便地联入控制网络实现远程遥测，形成SCADA系统。
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