基于油田SCADA系统的自动调配注可行性分析

刘黎明 马丽 刘继阳

摘要：SCADA系统作为以计算机为基础的DCS与自动化监控系统，应用油田生产的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。本文基于长庆油田采油作业区完善的物联网架構与成熟的SCADA系统，对实现油田注水过程中自动调配注的可行性进行深入研究。

关键词：SCADA系统;油田注水;自动调配注

作业区SCADA系统建成以来，各项功能日趋完善，极大地减轻员工劳动强度、降低安全隐患。但当前SCADA系统多停留在数据监视，数据及设备控制应用较少。本文旨在凭借SCADA系统强大的监视控制功能，分析能否在不改变现有注水系统硬件设备的条件下，通过编写控制程序代码实现注水井自动配注功能。

根据SCADA系统油田注水模块建设现状，将系统分为注水设备前端、数据链路、SCADA服务器端三部分。入手分析，判断现有系统是否能够平稳运行控制指令，数能否保证控制指令传输可靠，是否满足自动调配功能要求。

1、可行性分析

1.1设备前端的可行性分析

1.1.1前端设备概况

采油作业区目前使用的注水前端设备为起稳流调节的GLZ型高压流量自控仪，其由测量机构、控制器、执行机构三部分构成。

1.1.2前端设备分析

GLZ型高压流量自控仪在油田应用多年，能够满足油田注水工作建设需要，具有以下几个优点。

（1）注水设备能够满足生产现场运行要求

根据高压流量自控仪及数字压力变送器技术参数可知，各项指标均满足注水工作运行要求。

（2）注水设备具有稳流调节功能

注水设备稳流调节能够通过测量机构、控制器、执行机构三部分实现闭环调控。

（3）注水设备具有远程调配功能

高压流量自控仪表头支持用户远程调配功能。

1.1.3前端设备可靠性评价

注水前端设备均能够满足生产现场要求，为注水井流量自动调节提供了硬件基础;注水设备能够实现稳流调节，为注水井流量自动调节提供了功能保障;注水设备能够实现远程调配，为基于SCADA系统下的注水井流量自动调节提供了理论依据。满足基于SCADA系统下的注水井流量自动调节的工作需要。

1.2 数据链传输的可行性分析

1.2.1数据链路概况

基于SCADA系统下的注水井流量自动调节的数据链路，包括SCADA服务器至井场主RTU数据通讯链路、井场主RTU至注水井协议箱数据通讯链路、注水井协议箱至高压流量自控仪数据通讯链路三部分。

1.2.2数据链路分析

（1）SCADA服务器至井场主RTU数据通讯

SCADA服务器至井场主RTU通讯采用MODBUS/TCP协议，它利用TCP/IP协议将Modbus消息封装成IP包，使它能在Internet上传输。

（2）井场主RTU至注水井协议箱数据通讯

井场主RTU至注水井协议箱采用MODBUS RTU通讯协议。

（3）注水井协议箱至高压流量自控仪数据通讯

注水井协议箱与高压流量自控仪数据传输采用如图RS485通讯类型。

1.2.3数据链路可行性评价

作业区以光纤为主、网桥为辅的工业以太网建成，为基于SCADA系统下的注水井流量自动调节实现提供了网络基础;井场内以Zigbee技术为主组建的无线局域网，为单个井场（阀组）基于SCADA系统下的注水井流量自动调节实现提供了井场内的高效通讯方式;阀组间内以RS485总线通讯方式完成注水井数据上传、下载，同一阀组多口自控仪精准控制，为注水井流量自动调节实现提供了控制手段。

1.3 服务器端（SCADA系统）远程控制的可行性分析

1.3.1服务器端概况

作业区服务器端共配有SCADA应用服务器3台，其中主、从服务器实现双机冗余，历史服务器用于历史数据储存;配备千兆CISCO交换机，实现数据交换;北京三维力控科技有限公司为SCADA系统提供软件支持。

1.3.2服务器端（SCADA系统）远程控制分析

作业区SCADA系统服务器的双机热备冗余特性，千兆CISCO交换机的网络配置以及力控软件的可编程性可完全达到自动配注远程控制功能要求。

（1）双机热备冗余

双机冗余系统通常所指的是驱动程序的冗余和SCADA软件的冗余。

（2）主干配置千兆交换机

作业区主干线路及SCADA服务器端配备千兆CISCO交换机。满负荷运行的情况下仍有66.371%数据传输速率可应用，可为后续增加较多的控制性指令。

1.3.3 SCADA系统中控制程序代码

SCADA系统中控制程序代码，采用C语言编写，逻辑通俗易懂。具有较强的可复制性。

1.3.4 服务器端远程控制的可行性评价

服务器端双机热备冗余为基于SCADA系统下的注水井流量自动调节实现提供了可靠平台;千兆交换机的配备为基于SCADA系统下的注水井流量自动调节实现提供了改造空间;SCADA系统力控软件程序的编写、完善为基于SCADA系统下的注水井流量自动调节实现提供了有效方法。

结束语

本文通过从设备前端、数据链传输及服务器程序的研究阐述了基于SCADA系统注水井自动配注的可行性。自动配注功能建立在作业区完善的SCADA系统油田注水模块下，凭借其功能强大的SCADA服务器组，高效的数据链路，可靠的注水前端设备替代人工调节，弥补人工调节时存在监控不到位、配注调节时效性差等问题。

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