浅析基于长庆油田丛式井场的数字化阀组间测控设计方案

长庆油田丛式井场的阀组间，传统采集方案是将多个流量计和压力变送器当作Modbus设备站在软件上进行数据采集，存在严重不足：(1)软件在采集过程数据时需逐个仪表的进行轮询采集，无法一次性采集上来，通讯效率必然低下，周期加长，单井数据采集也会受到影响;(2)长庆现场实际情况不一，阀组间采用的流量计、压力变送器的厂家不一，协议各异，开发和维护很困难。鉴于此，本方案在长庆油田丛式井的测控结构中，融合兼并了阀组间测控，从而形成丛式井场的全套测控，并有效解决上述问题。

井场RTU通过RS485(Modbus RTU，阀组间协议转换箱)或本地无线(SM40P-5000KB-F阀组间采集器)与注水阀组间通讯，实时采集分水器压力、注水井压力、瞬时流量、累计流量等实时参数，并通过远程注配调控，实现对井口按计划、按实际流量需求进行注水等功能。SM40P-5000KB-F阀组间采集器，起到一个通用的无线协议转换器的作用，集成1路RS485和本地无线。1路RS485可接入RS485信号的流量计或压力变送器,软件支持各种标准通信协议或者自定义协议。可兼容各个厂家的仪表设备，给设备的维护和后期改造带来很多便利条件;本地无线可实现阀组间数据无线上传至井场RTU。

SM40P-5000KB-F阀组间采集器将阀组间仪表数据采集汇总。统一数据格式后，一次性集中上传。一方面可提高通信效率，避免上位机对阀组间仪表逐个轮询扫描而导致轮询周期过长，另一方面，统一了与上位机的数据接口，便于上位机软件的开发调试和维护。

一.系统架构

 
1.三级链路通讯

1.1.阀组间数据采集：安装协议转换箱测取数据以RS485总线传给RTU或安装SM40P-5000KB-F型阀组间采集器测取数据无线传给RTU。阀组间数据：各水井注水压力、注水瞬时流量、累计流量，分水器压力等。

1.2.井场数据采集：RTU采集阀组间数据并上传至站控中心,也可控制采集器或协议箱远程调配注水流量等。

1.3.站控数据采集：站控中心远程管控RTU。根据设置进行数据采集、存储并形成报表，还可进行远程调配注水流量等。

2.通讯指标

2.1. 图1模式,本地无线数字化网络通讯：视距≥300m。载频：433MHz，属于ISM工作频段，无需申请频点。GFSK窄带调制，同时采用了高效前向纠错信道编解码技术，提高低功耗情况下数据通讯可靠性。本地无线网络可用于井场阀组间和抽油机的采集器与RTU之间无线通讯。

2.2. 图2模式,总线通讯：RTU扩展数据通讯RS485,1路，可通过标准Modbus或者定制协议连接第三方设备。例如在阀组间测量应用中与第三方协议箱等连接。

2.3.RTU远程通讯：Ethernet接口，10BASE-T PHY，兼容100/1000 BASE-T 网络。

二.实施方案

1.井场监测

由上述系统架构可知，本系统以RTU为数据中介，阀组间、井场、站控组成三级层递式监控网络。对RTU而言，视距半径300米内的井群可视为一个井场。

1.1.阀组间监测：安装协议箱测取数据以485总线上传给RTU或安装SM40P-5000KB-F型阀组间采集器测取数据无线传给井场RTU。

1.2.井场监测：每个井场安装一台RTU监测井场注水阀组间数据和抽油机数据。

2.阀组间配置

 
三.SM40P-5000KB-F型阀组间采集器：

1测量功能

1.1.节点容量：每台RS485接口设备(流量计或分水器压力表等)为一路节点，本采集器可接0～32路节点。1路节点监测1口水井变量包括管压、瞬时流量、累积流量或监测一个分水器压力。

1.2.实时监测：阀组间总体一个分水器(汇管)压力及各水井的瞬时流量、累计流量、注水压力数据;

1.3.参数设置：设置瞬时流量、压力、阀门控制以及阀的工作模式。

1.4.数据存储：容量32KB字节，按10口井分配，采集周期10秒，可保存364个包(折合1小时)的数据。即便通讯中断(不超过1小时)，数据也不丢失，以保证数据连续性。

1.5.无线通讯：采集器与RTU之间采用本地无线通讯网络通讯。安装方便快捷，比传统阀组间485总线连接RTU的测量模式省去了挖沟、布线等，大大节省了施工成本。

2.数据链路平台

扩展数据通讯接口、RF无线数据通讯及主RTU宽带数据通讯，建立了井场数据设备的通讯链路平台。

3.技术指标

3.1.工业环境设计，户外安装，IP65密封压铸铝机壳。

3.2. EMC抑制能力，IEC61000-4-4强度等级3级。

3.3.工作环境温度，-40℃～+85℃。

3.4.本地无线数字化网络通讯，作为与RTU间的数据通讯链路接口，视距≥300m。载波：433MHz，ISM工作频段，无需申请频点。GFSK窄带调制。

3.5.扩展数据通讯接口：EIA-RS485-A标准，光电隔离，隔离电压1000Vdc/1分钟。

3.6.RTC实时时钟，FRM铁电存储器，容量32KB字节。确保通讯不畅通时不丢失数据。

3.7.工业级电源，EMI/防雷击滤波器，兼容220V/380V/660V多种现场电压，直接从抽油机电控箱取电。

四.现场安装：

SM40P-5000KB-F型阀组间采集器壁挂式安装固定。吸盘天线请引出竖直吸附在阀组间房顶。

五.方案说明：

1.若采用SM40P-5000KB-F型阀组间采集器，与RTU以无线传输模式，则现场省去挖沟、排管、布线等，施工成本极低。

2. SM40P-5000KB-F型阀组间采集器采用壁挂式安装，拆装方便快捷。

3.阀组间若已安装协议箱，则可选择485总线连接井场RTU模式，挖沟布线多些麻烦。若无协议箱，则只能安装SM40P-5000KB-F型阀组间采集器;二者取其一。

4.SM40P-5000KB-F型阀组间采集器可外接CDMA/GPRS/SCDMA等通讯设备，直接进行数据远传至站控中心，无需中介井场RTU，适用于单井“一拖一”远程监控。

5.本文提及井场RTU，适用于井场监控。对RTU而言，视距半径300米内的井群可视为一个井场。 即一个RTU管理一个井场内多口油井和阀组间，即“一拖多”模式，一个井场仅需要一台RTU、一套通讯设备等，综合成本较低。