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油气生产物联网平台方案一、方案概述在互联网不断深化应用的今天，物联网技术随着智能感知芯片、移动嵌入式系统、云计算等理念和技术的研究和发展日趋成熟。油气生产物联网软件平台是亚控基于物联网技术助力采油自动化、智能化的产品。整个平台基于物联网传感器、变送器技术，实现采油井工作状态的自动化监视和数据采集；基于GPRS、WiFi等远程传输技术，实现对分布在广阔地域上的采油生产工艺流程中的工作数据的集成；基于工业实时数据库实现海量生产数据的实时管理与历史存储；基于功图、宏观信息图等技术完成产油预测、统计，实现挖潜增产计划安排；最终基于组态技术将生产过程数据以流程、图表、声光报警、Web页面等形式可视化呈现，辅助采油厂进行生产经营调度管理以及决策分析。整套平台采用SOA技术开发，重点实现井组，管线，站（库）等基本生产单元的管控一体化。达到高效管理，节能增产的目的。二、方案亮点2.1功图数据库功图数据经过采集按每个整体功图存储在亚控的功图数据库中，通过功图组件的服务程序做压缩以及解析，在分析系统中作诊断及计产，然后把结果返回到数据库中，供上位组态应用展示。功图展示1、以“功图”形式展示抽油机最新功图数据，2、叠加展示抽油机多幅历史功图功图识别示功图是作为反映有杆泵抽油机的工作状态最直观有效的分析手段。通过示功图，能够及时发现抽油机砂卡、脱杆、凡尔漏失等工作状态的变化和供液不足、气体影响等油藏的动态变化，不但有助于及时发现、排除抽油机工作故障。亚控功图的识别分析可以进行快速的实时工况分析、历史工况分析，并对分析结果进行分级报警。2.2视频SCADA联动-全方位视频安全感知系统视频信息通过标准OCX方式在SCADA系统中做整合，通过控件开放操作与事件的接口，SCADA系统通过接口与视频信息实现联动。SCADA系统与视频智能识别技术相结合，实现数据联动，形成了更加安全的防范系统。对需要进行监控的井场、站（厂）和建筑物内（外）的主要公共活动场所及通道、重要部位和区域等进行有效的视频监视，并结合先进的视频模式识别算法，达到一个完美监视控制的程度。油田的智能视频识别主要如下：对需要进行监控的油井、水源井、增压泵站、注汽站和建筑物内（外）的主要公共活动场所及通道、重要部位和区域等进行有效的视频监视，并结合先进的视频模式识别算法，达到一个完美监视控制的程度。现场传感视频系统与远程SCADA管理系统相互配合，将井场视频图像与生产数据动态监测融为一体，实现监控室进行远程电子巡井、场站生产单元过程可视化控制及管理，从而达到安全生产、无人值守的目的。井场视频识别与SCADA联动监控站视频识别与SCADA联动监控2.3生产故障预警（智能语音报警）生产故障预警是油气生产过程中至关重要的一部分，也是油田监控系统中重要组成部分；当现场的数据超出正常范围时，系统应以报警的方式将其通知相关工作人员，工作人员接收到报警信息后会对报警做出相应的处理；同时本系统提供基于历史数据的分析报警。根据历史数据的变化趋势提前预警。达到提高油田生产故障预警的及时性和对故障处理的准确性。此外系统提供了强大的报警操作功能：报警存储功能、报警打印功能、报警显示功能、报警转发功能等等，为了方便用户实现对报警事件的查询、记录和打印等操作。2.4报表自动生成数据报表是生产过程中至关重要的一个部分，通过数据报表，可以清晰、直观、有效的了解与掌握各生产单元的生产情况，有助于职能单位对当前的油气生产情况进行宏观的把握和全局的统筹。目前许多单位，尤其是井场等生产单元仍采用人工巡表、手工抄表、人力送表的数据上报机制。自动报表的生成，极大改善了操作人员到现场看表、抄表的现状，很大程度的解放了劳动力。通过油田管控系统的数据自动采集功能，实现了数据的实时采集与监测、报表的自动生成与上报。以便操作人员投入更多精力在提高生产效率方面。同时自动报表系统支持数据的存储、实时与历史数据查询以及数据趋势曲线与比对功能，与纸质的报表相比，更能准确、快捷的体现生产情况。2.5设备管理在线运维在信息化生产管控系统中，系统自身的健康度是基础。采集终端变送器、传感器不准时将对生产管理造成未知破坏。而变送器、传感器都是需要进行周期性的校验及更换电池的。一口抽油井一般配有5个传感器，一个采油厂一般有2000~4000左右口井。以一个具备2000口井的采油厂进行计算，传感器、变送器的数量将为10000左右，巡井的工作量十分庞大。在本平台可实现变送器、传感器异常或电量不足时自动向系统上报的功能。系统可快速定位到具体的站点、设备，无需再进行拉网式的检修排查。这点对于生产设备管理维护意义重大。统一的KingExchange数据采集平台针对设备管理，可以实现任意地理位置的设备进行生产信息的详细查询三、系统架构处在前端的采集与控制子系统，主要通过自动化仪表、传感器、功率模块、RTU、DCS等设备，自动采集、存储、处理油井、水源井、增压泵站、注汽站等生产单元的生产数据；通过摄像头、有害气体监测装置等，自动采集生产现场的视频信息和环境信息；通过ESD、控制阀等自动化控制设备，对生产过程实现自动化控制；同时监控仪表、传感器、控制阀等物联设备的工作状态、空间位置、入网标识等信息。这些数据和信息通过数据传输子系统传输到生产管理子系统进行统一收集、汇总、综合处理和分析，并提供生产实时监控、远程启停、远程计量、工况分析、预测优化、设备管理等功能。后方的局、厂指挥中心和各类用户根据相应的管理权限通过应用服务器和实时数据库进行集中管控与浏览。作业区的数据存储系统是整个监控中心的关键，以作业区为单位的现场全部数据整合，整体功能的实现都需要在该层完成。在这部分为了实现对生产现场的监控、对设备的运维管理，在常规的SCADA数据汇集结构上并行的加入了采用KingGraphic+KingHistorian+KingExChange为核心构成的在线运维管理系统，可配合使用专门的分析计算软件：KingCalculation，KingModel，KingAlarm&Event。设备运维系统能够自动响应生产设备的变化：如设备更换、新设备加入、旧设备删除等；自动的适应设备变化后的数据采集，不需要中断当前平台运行状态。现场数据同时被送到常规SCADA系统及运维管理系统中，协同完成系统功能。1.1系统组成油田监控系统由数据采集与控制子系统、数据传输子系统、数据存储子系统、智能应用分析子系统组成。41.1.1数据采集与控制子系统该子系统包括单井、水源井数据采集系统和增压泵站、注汽站数据采集系统。通过在井场和站库布设传感器、变送器、自动化仪表、视频摄像头等装置，实现对油井压力、油井温度、载荷位移、注汽等参数，水源井生产相关参数，增压泵站压力、流量、液位等参数，以及注汽站相关生产数据和各生产单元视频信号数据的实时采集与控制。1.1.1.1井场数据采集近年来,随着计算机和仪表技术的飞速发展,控制系统硬件、现场仪表的可靠性和性能价格比均大幅度提高,将油气生产自动化数据和视频监控信息集中起来，通过有线和无线通信网络与区域监控中心现有的计算机网络相连接，实现对生产数据自动采集、工况分析、故障预警和报警、关键过程连锁控制、工艺流程可视化展示、生产现场的实时监控、生产过程实时智能决策等功能。达到了提高劳动效率、保障安全生产和对整个生产过程进行自动化管理的目的。硬件主要结构包括：井口仪表（示功仪、压力变送器、温度变送器、电量采集模块等）、数据采集控制单元RTU（I/O模块、通讯模块、数据接口模块等）、网络智能红外摄像机、投射灯、室外防水音柱、工业拾音器、工业交换机、通讯网络设备、工业控制计算机（工程师、操作员站、调度员）、数据服务器等；井场硬件配置方案一般采用井口有线仪表或无线仪表+数据采集控制单元RTU+井场视频监控硬件+工业控制计算机监控室+数据处理中心服务器；配套建设视频识别分析监控系统，防止异常停井和偷油盗电等事件的发生,实现移动侦测、图像报警、声光提示、近景判识、抓拍照片等功能。井场视频监控硬件配置方案一般采用普通摄像机+工业嵌入计算机+工业交换机+无线数字网桥或TD-LTE4G终端+400W投射灯+室外音柱+工业拾音器+RTU机柜+防雷器+监控杆+工业控制计算机监控室+流媒体服务器；1.1.1.2井场数据控制井场数字化建设不仅要实现相关生产参数的自动采集，还要实现相应的控制功能，控制一般包含两个部分，一部分是远程的启停，一部分是远程调参。包括：油井的远程启停，远程调节冲程、冲次、上下行速度，水源井:压力信号联锁控制泵出口电动调节蝶阀，以及井场的远程视频调控和警告音频控制。1.1.1.3站库数据采集增压泵站、注汽站等站库是油田开发处理的关键环节。随着油田的不断发展,油、气、水的处理和集输工艺越来越复杂,使得事故发生几率和危害程度大大增加。油田公司和各采油厂需要创新生产运行与管理模式，将现场实时监控、生产过程自动化及计算机分析决策联为一体，利用数字控制、计算机网络和数据共享技术，搭建集成统一的油气生产管控一体化平台，推进油田生产自动化管理水平。场站数据监控主要采用油田监控系统，实时采集现场数据,对各操作岗现场进行本地或远程的自动控制,对工艺流程进行全面、实时的监视,为生产、调度和管理提供必要的数据。硬件主要结构包括：检测仪表、回路显示仪表、调节仪表、执行器、主控制器DCS、PLC（CPU模块、I/O模块、通讯模块、数据接口模块）、通信控制器、远程控制单元RTU、工业交换机、网络智能红外摄像机、投射灯、室外防水音柱、工业拾音器、工业交换机、工业控制计算机（工程师、操作员站）、打印机、显示屏、数据服务器、机柜及系统中心控制站等。增压站系统硬件配置方案一般采用变送器+远程控制单元RTU+工业控制计算机站控（组态）系统；注汽站系统硬件配置方案一般采用：I/O设备+控制器（PLC、PAC）+以太网络设备+工业控制计算计站控（工程师/操作员站、组态）系统+服务器；或变送器+远程控制单元RTU+通讯控制器+以太网络设备+工业控制计算机站控（工程师/操作员站、组态）系统；注汽站数据监控建设方案需要结合生产工艺，合理确定生产流程的监控点，实现优化生产运行，一般在站内设置站控系统，完成站内工艺系统主要生产运行参数的集中监控，并完成站内重点部位的音视频数据监控。此项目在注汽站有DSC系统和RTU以及视频监控点，需要向区域监控中心的生产管理系统传送注汽车站的重要生产数据和视频数据。1.1.1.4站库数据控制场站数字化建设不仅要实现相关生产参数的自动采集，还要实现相应的控制功能，控制一般包含两个部分，一部分是远程的启停，一部分是远程调参。增压泵站的控制缓冲罐的控制：罐下限液位联锁停泵、罐位上限液位联锁启泵、缓冲罐液位与增压泵变频柜联锁，根据液位自动调节泵的转速。泵的控制：远程启停泵；泵进、出口阀门的远程控制及自动倒泵注汽站的控制集中水处理设置RTU实时上传温度、压力、流量、液位等数据，区域监控中心没有控制。燃煤注汽锅炉设置有DCS系统形成站控系统的闭环控制。在区域监控中心不设置相应的控制功能。视频云台控制：在集中水处理站、燃煤注汽锅炉房分别设置工业电视监控系统。在站区设置摄像机20台，视频信号进所在站区的工业电视监控系统。主要视频信号通过通信信道上传至监控中心。区域监控中心可以通过云台对视频进行控制。1.1.2数据传输子系统数据传输子系统以满足油田监控系统数据高速、安全、有效传输需求为主。通过建设有线和无线网络，将采集与控制子系统实时采集的各项生产数据、视频图像以及相关的控制信息，传输到综合智能应用子系统中，使管理人员可以在区域监控中心进行集中管控。数据传输子系统体系架构设计将充分结合油田基础网络建设的实际情况，按照对油田监控系统的统一要求，建立一个高速、有效、安全的数据传输平台。数据传输子系统有四种架构方案，分别为：全有线组网、有线+无线专网、有线+无线公网、有线+无线异构网。为了实现油田监控系统中生产数据、视频图像、控制信息等内容的高效、稳定、安全的传输，需进一步完善春风油田排601-20区块的有线光纤网