基于LonWorks技术的油田计量站监测管理系统

引言  

油田计量站在原油开采的过程中起着十分重要的作用。为了获得原油开采过程中的各项生产数据、采集设备的工况信息、以及地下油、气、水的变化信息，一般由计量站的工控机完成计量站下属的采油井和注水井等现场信号的采集，或者通过专门的RTU完成现场的数据采集和控制，然后传送到计量站。生产管理部门通过计量站来获得整个原油开采的生产数据以及设备工作状态等信息，然后进行协调管理。因此计量站是油田生产不可缺少的环节之一。

早期的油田计量站大多数还靠人工巡检抄表方式来获得所需要的各类信息。由于所要获取的信息较多，油田生产环境比较艰苦，采油工作人员的劳动强度非常高，工作时间也十分长，此外人工抄表还存在监控实时性差、容易出错，生产数据统计困难等问题。本着降低油田工作人员的工作强度，节约劳动力，方便生产管理，提高生产效率的目的，本文提出了一种基于LonWorks技术的油田计量站监测管理系统。考虑到油田计量站的特殊现场环境，系统采用了自由拓扑结构，现场节点分散自治，以网络通信的方式实现分散基础上的融合，具有较好的实时性、可靠性和本征安全性，而且上位机软件采用图形化界面操作简单易学，安装维护十分方便。

LonWorks技术自90年代ECHELON公司推出以来已经被广泛的应用于工业控制、智能建筑、交通运输、能源、环境检测等领域。LonWorks网络控制技术在控制系统中引入了网络的概念，在该技术的基础上，可以方便的实现分布式的网络控制系统。并使得系统更高效、更灵活、更易于维护和扩展。LonWorks技术应用于工业监控可以降低工程造价，提高综合效益，对系统扩展、现场设备的更新换代和降低系统的维护费用、提高现场监控的可靠性创造了很好的条件。

LonWorks油田计量站监测管理系统的结构和功能

针对油田计量站现场的具体情况：需要对现场采油井进行监控，对计量站内输油管道的流量，压力，温度，消防罐液位,锅炉蒸汽压力,换热器的温度、压力等进行定时的采集，此外还需要提供一些安全报警信息，如锅炉压力过大，消防水罐液位偏高等。通过对现场实际情况的考察和分析发现远端采油现场监控点分布十分分散，单个监控点信息量不大，有着完善的供电设施；计量站内部则监控点多，信息量大，安全性能要求十分严格。因此，系统总体设计上采用多级通信网络，多种传输介质相结合的通信方式。采油现场监控采用5.4Kbps电力线载波通信；计量站内部使用78K bps双绞线信道；计量站与各生产管理部门之间采用10M/100M自适应以太网；为了简化布线复杂度，便于现场施工，系统的网络拓扑结构为自由拓扑。整个系统的结构框图如图1所示。

                                                图1系统结构框图  

LonWorks油田计量站监测管理系统是一个多级通信的网络监控系统，分为现场监控层和管理层。现场监控层实现的具体功能有：

（1） 计量站下属油井工况信息的记录和传输：包括井内油压、油温以及抽油机的工作状态等。

（2） 进、出站输油管道油压、油温、流量的采集传输。

（3） 站内锅炉压力、温度，换热器压力温度的监测报警。

（4） 油罐、消防水罐液位的监测报警。

（5） 站内可燃气体浓度报警，防盗。

监控计算机通过PCNSS LonTalk网卡连接到LON网络，与现场总线测控节点进行数据交换，通过Internet与上级管理部门进行通信。管理层监控计算机的主要功能有：

（1） 与现场监控层各节点应用程序相配合，实现数据的测量、记录和控制功能。

（2） 各个测量回路的参数，采样周期，警戒线的设定等。

（3） 接收监控报警信号进行多媒体声、光报警提示。

（4） 对生产数据进行统计，显示实时统计曲线或历史统计曲线，打印相关的生产数据报表。

（5） 与上级生产管理部门进行数据交换。

现场测控节点的硬件构成  

实现整个油田计量站监测管理系统的关键就是各种现场监控节点的设计。LonWorks监控节点一般有两种设计思路：一种是基于ECHELON提供的控制模块的设计方法，用户只需要扩展自己的外围应用电路，开发自己的应用程序；另一种是基于神经元芯片的设计方法，用户自主完成由控制到应用的所有软硬件开发。由于ECHELON的控制模块价格比较昂贵，为了降低系统成本，节点设计采用后一种方法进行监控节点的开发。图2是现 场监控节点的通用结构框图。