油田供水公司SCADA监控系统设计

2011-04-23蔡昌新长江大学电子信息学院湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2011年10期

蔡昌新,吴钦 (长江大学电子信息学院,湖北荆州434023)

焦长帅 (东方地球物理公司辽河物探分公司,辽宁盘锦124010)

长期以来,油田供水公司的生产单元非常分散,大量的水源井、水源站、用户和庞大的给水、供水管网分散在整个市区和油田矿区内;采用原始的人工抄表、人工巡检的方式,导致数据监测、汇总和应急处理的严重滞后,导致油田供水公司生产管理系统的自动化、信息化水平较低,不能适应企业快速发展的要求[1]。为此,为提升供水公司生产运行调度指挥能力,保障设备、管网安全运行,提高工作效率,笔者根据油田实际情况建立生产运行远程实时测控系统。

1 系统整体结构和功能

根据油田的实际情况,设计的的系统整体结构如图1所示。该系统以供水公司机关为核心节点,建立生产调度指挥中心,由水源井运行测控、自来水厂运行监测、供水管网运行监测、大用户抄表计量等4个子系统和视频监控子系统、管网地理信息子系统等几部分组成。传输方式根据各子系统的特点采用GPRS、光缆或宽带网等网络[2-3]。系统主要解决供水公司生产过程自下而上的信号采集、传输和实现自上而下的控制和管理,实现生产过程自动化以及管理信息化,从而实现最大限度的节约用水,创建现代节水型供水企业,实现社会效益、经济效益双丰收。

2 测控系统功能

2.1 数据采集功能

该系统首先可以实现数据定时采集,主要是远程监测中心可通过无线数传通道定时向所有现场测控单元发出监测命令,实现对所有监测点的数据实时监测。水源井监测数据包括电流、电压、流量、累积水量和井下水位。水源站监测数据包括清水池液位、单井来水流量、外输流量、压力、外输压力报警、水泵电机电流。供水管网测压点监测数据包括压力及压力上、下限报警。用户水表监测数据包括流量、累积水量、压力、交费情况,根据用户交费情况控制供水阀门的开关。另外,该系统还可以实现按需数据采集,远程生产调度指挥中心可在任何时刻请求召唤任一个或多个监测点的数据。所具有的通讯控制功能包括启动、停止对水源井和其他终端的数据采集、切换终端使用的通道等;通道质量监视及故障诊断,通讯流量计算;也可以支持多种通讯规约、多种通讯通道;添加、删除水源井和其他监测终端,修改终端通讯参数,如地址、通讯规约、数据召唤周期等;修改测控终端参数,如各种报警限值等,并将必要的参数下发到测控终端。

图1 系统整体结构

2.2 数据处理功能

该系统对模拟量液位、压力等可分别设置报警上、下限和有效上、下限,当数据越限值时可生成报警记录,并且能保存报警记录;数据保存周期可按不同数据类型设置为逢变即存10、30、60min保存周期;另外,所有系统操作均有授权控制,软件系统设定管理者权限,公司领导拥有所有访问、查询和控制权限,生产协调科拥有数据访问、统计、打印输出权限,技术科拥有与生产有关的数据查询权限,营业中心拥有用水户资料查询权限,以上权限还可以根据公司意见设定和更改。

3 水源井测控系统基本架构

水源井运行测控子系统分为2个部分:现场测控单元和远程监控中心 (见图2)。水源井泵房与水源站储水罐的各种运行状态和运行参数由现场测控单元采集获得,然后经过GPRS无线数传到远程监控中心,进行各种显示、处理以及发布。

图2 水源井远程监控系统

3.1 现场测控单元

现场测控单元分为水源井泵房专用数据测控箱和水源站储水罐用的通用型数据测控箱2种,每种测控箱都包括无线通讯及现场的测控RT U以及相应的供电、防浪涌等设施。

水源井泵房测控单元实现对一台潜水泵的综合测控和保护,功能包括潜水泵的电力测量、接触器故障检测、井下液位测量、流量测量、水压测量以及电力智能保护等,具有高可靠性,较宽的工作温度范围,较高的防雷防浪涌能力,较高的电磁抗干扰能力。在水源井泵房安装水泵电控箱和水源井泵房专用数据测控箱。水泵电控箱内部电气结构与普通电控箱基本相同,增加遥控信号控制继电器和监测供电电源的电压、电流采集线路接口、定时器等设备。

水源站测控单元使用通用型数据测控箱,它包括无线通讯及现场的测控RT U以及相应的供电、防浪涌等设施。每个水源站使用1个通用型数据测控箱可以实现对1～2个储水罐的压力、液位、进/出口流量和压力的监测,并将监测数据传送到供水公司生产调度指挥中心,并与其下辖的水源井运行数据相关联,保证储水罐内水位正常。

3.2 水源井与储水罐的逻辑控制

图3 水源井与储水罐逻辑控制示意图

根据现场实际情况,水源井与储水罐的距离远近不等,最近的只有50～60m左右,最远的大于1500m,工控系统中传感信号有线连接可靠传输距离最远小于500m左右,而且还受到地理环境限制,施工维护很困难,原则上超过100m的现场建议不采用有线连接,只能采用无线将数据传输到生产调度指挥中心,通过中控系统的软逻辑功能实现两者之间的逻辑控制[4-5]。图3是水源井与储水罐之间的逻辑控制示意图。其逻辑控制是:①一级命令,即小于100m的现场。如果勘察现场水源井与储水罐的距离小于100m,且符合有线施工条件的,可以在储水罐安装可设定高、低限位的液位计,将高、低限报警开关信号通过直连线路送到水源井泵房专用数据测控箱中的 RT U,经判别后输出信号到电控柜控制潜水泵开停机。②二级命令,即大于100m小于1000m的现场。在储水罐安装超声波液位计或压力变换器,将储水罐液位数据或压力数据经通用型数据测控箱采集后,通过GPRS网络传送到供水公司生产调度指挥中心,利用中控系统的软逻辑功能判别后,将控制信号再通过GPRS网络传送到水源井泵房专用数据测控箱中的RT U,输出信号到电控柜控制潜水泵开停机。③三级命令,即大于1000m的现场,根据现场潜水泵的功率、输水管线线径以及储水罐的容量,调整电控柜内的定时器,使其在工作一段时间后,自行断电停机,以避免因无线路由障碍导致开机后无法及时停机,杜绝浪费电能和水资源的现象发生。

4 系统监控中心要求及功能

系统监控中心一方面满足供水公司整个流程的实时监控功能,另一方面满足日常数据的报表与数据发布等。因此,设计的系统具有细腻的图像和逼真的动画显示;功能齐全的数据采集界面;报警发生时,可自动推出报警画面;生成各采集参数的时间曲线、历史数据综合查询及实时数据显示、报表的生成及打印、WEB发布、以及遥控启、停井等。