基于GPRS的油井工况远程监控系统

树龙珍，李曙生，沈　霁

（1.泰州职业技术学院 机电技术学院；2.华东油气分公司泰州采油厂，江苏 泰州 225300）



基于GPRS的油井工况远程监控系统

树龙珍1，李曙生1，沈霁2

（1.泰州职业技术学院 机电技术学院；2.华东油气分公司泰州采油厂，江苏 泰州 225300）

摘要：抽油井一般处于野外，点多、分散、距离长，本系统运用GPRS技术实现了油井工况的远程监控，克服了人工远行巡井、抄表费时费力效率低等问题，充分利用了无线通信方便快捷、成本低廉的特点。本系统中PLC的port0口收集油井运行数据，通信扩展port1口将这些数据传送给DTU，由DTU通过网络传送到数据库，并在上位机上显示，通过这些数据进行油井工况的监控。该系统已经进行了现场应用，效果良好。

关键词：GPRS无线通信；PLC；界面；DTU

GPRS通用无线分组业务提供端到端的、广域的无线IP连接［1］，它在工业生产、智能电力行业已得到广泛的应用。近年来，为节能增效，石油行业各采油厂纷纷进行试点，并逐步推广。本系统用于中石化泰州采油厂的试点。

江苏地区地下油藏为小碎块状，分散且偏僻，交通不便，一直采用人工周期性巡井，很难及时了解井况，效率低下。本系统通过GPRS技术将与油井工况有关的数据进行远程传输。采用了PLC为主的硬件系统，PLC与单片机相比具有更好的稳定性与开放性，P L C可在线编程、硬件可扩展这些使控制系统可根据油井工况的变化不断优化，更适用于野外环境及油井自动化不断提高的要求。油井工作站工作人员通过上位机界面了解油井运行数据，根据设定的标准实时判断抽油机的工作状况，及时处理运行隐患，提高系统效率。

1　系统的整体设计方案

系统方案是通过三相电子式多功能电表等传感器在油井现场进行实时数据的采集，主要包括系统运行参数如电流、电压、功率因数、实时有功功率、实时无功功率、当日消耗电能及累积消耗电能、冲程冲次等；变频器运行参数如变频器直流电压、输出交流电压电流及功率模块温度等。

通过测量系统功率、用电量、电流及电压等参数可及时了解油井是否工作在理想的运行状态。一旦运行异常，会迅速反应，远程关断油井并派采油工去现场处理，达到减少基层人员、降低设备维修费用、提高设备利用率、提高系统效率的目的。系统的整体框图如图1，其中通讯、数据服务器由DTU生产厂家设立在专业机房。

图1　系统框图

多功能电表PDM-803D、VFD300变频器通过RS485给S7-200 PLC（port0口）传送各自的数据，S7-200通过RS485（port1口） 给WG-8010 GPRS DTU传送获得的数据。WG-8010 GPRS DTU（终端）通过Internet网、GPRS网络与数据中心（DTU生产厂家指定的数据库）建立连接，实现数据的全透明传输，数据库接收数据并进行存储（GPRS网络数据传输见图2）。工作站内上位机通过Internet网络获得数据中心数据库中的油井运行工况的数据，经SCADA软件进行数据的分析处理并在显示屏上显示，从而实现油井运行状况的实时在线检测，以及油井运行工况的数据存储和分析。

GPRS网络是在原有的GSM网络上，增加SGSN（GPRS业务支持节点）以及GGSN（GPRS网关支持节点）两种数据交换结点设备，使得用户在端到端分组方式下发送和接收数据，从而GPRS网络能够和因特网互相连接［1］（见图2）。

图2　GPRS网络数据传输

2　硬件PLC的选用

PLC结构模块化，紧凑小巧；开放式通讯，大容量程序和数据存储器，杰出的实时响应，传输性能优越；模块化的结构（各种扩展模块和信号板）增强了它的可靠性和可扩展性。所以PLC更加适用于油井的监控。本系统选用的核心硬件PLC是西门子S7-200系列CPU SR20。系统PLC参数的采集，并且与DTU连接发送数据，PLC与DTU之间的通信连接采用RS485。工作站判断油井出现故障时，会通过DTU给PLC下达指令，PLC关断油井，也就是切断主电源；还可实现远程启动。各单元之间线端连接见表1及图3～5。线端之间连线为屏蔽双绞线。

表1　通信单元之间相连引脚表

图3　PLC与DTU连接示意图

图4　PLC-port1连线示意图

图5　变频器连线示意图

图6　三相电子式电表连线示意图

3　数据的传输

3.1系统通信特点

在可以访问Internet的上位机中安装COMWAY无线串口软件、SCADA数据采集与监视控制软件。Comway无线串口软件与WG-8010 GPRS DTU配合使用，建立远端串口设备和上位机之间的无线通信信道。此无线通信信道是基于WG-8010 GPRS DTU生产厂家设立在专业机房中的Comway Data-Server集群服务器系统。

SCADA分布式数据采集监控软件主要是用于数据采集，它的特点是控制点分散，一个系统可能覆盖方圆数千公里，如北美的油气管道监控系统，它基本用于上位机。串口通讯的SCADA监控组态软件处理远端串口设备传输来的数据。

这种通信方式无需公网固定IP地址，无需设置网络端口映射和动态域名，多个上位机可以同时监听一个串口设备发出的数据。

3.2DTU通信协议

基于对系统通信的稳定性考虑，系统选用MODBUS-DTU协议。复制光盘中“COMWAY DTU配置文件”到上位机中，运行“Dtugprs. exe”可见到如图7（DTU配置界面）。COMWAY DATA-SERVER服务器地址设置为：ds.fusionunix. com，端口号：9000。WG-8010 GPRS DTU模块与其ID号是一一对应，不重复，由生产厂设定。

3.3数据的读取显示

通过WG-8010 GPRS DTU得到的数据存储在数据服务器中，上位机通过Internet获取并实时显示。工作站人员则利用这些数据进行油井的监控。图8为工作站上位机界面。

图7　DTU配置界面

图8　上位机界面

4　结语

本系统通过GPRS技术将油井生产各环节联接起来，系统无线遥测遥控主站（RTU）将检测到的油井运行数据，通过GPRS及Internet网络传送给工作站，实现各井工况的集中监控，可减少人工巡井的频次，及时发现隐患，延长设备的寿命，提高系统的效率，为企业节能增效。小批量在试点投入使用，取得了较好的经济效益。

参考文献：

［1］刘国锦，刘新霞.GPRS无线数据传输技术的应用［J］.信息化研究，2010（2）：1-3.

［2］徐晓达.GPRS网络无线数据通信设备应用研究［J］.电子技术与软件工程，2014（8）：200.

［3］张继红，吴振奎，李含善，等.基于PLC的无线通信测控系统应用研究［J］.自动化与仪表，2011（12）：26-28.

［4］宋学英.GPRS远程监控技术在铁路给水系统中的实践与应用［J］.现代工业经济和现代化，2015（16）：20-22.

（责任编辑刘红）

中图分类号：TN929.53，TP277

文献标志码：A

文章编号：1671-0142（2016）03-0052-03

作者简介：树龙珍（1964-），女，江苏泰州人，高级工程师.

Remote Monitor System for Oil Wells Working Condition Based on GPRS

SHU Long-zhen11，SHEN Ji22
（1.Taizhou Polytechnic College1；2.East China Oil and Gas Branch Taizhou Oil Production Plant，Taizhou Jiangsu 225300，China）

Abstract:This system use GPRS technology to realize the working condition of oil well remote monitoring，solved the well needs to tour artificial travel well，meter reading，make full use of the wireless communication of the characteristics of convenient，cost is low.PLC in this system port0 mouth of the well operation data collection，communication extension port1 mouth to send DTU，these data by the DTU transmitted through the network to the database，and are displayed on the upper machine.Through these data for oil well condition monitoring.The system has been underway for field application，the effect is good.

Key words:GPRS wireless communication；PLC；interface；DTU