【文章內(nèi)容簡介】 集到的流量、壓力等數(shù)據(jù)利用GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)回傳到油田企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，在油水井服務器端自動生成相關(guān)報表并通過局域網(wǎng)在網(wǎng)頁上發(fā)布。圖511 注水井流量遠程控制系統(tǒng)信息流程示意圖 技術(shù)路線本地流量計采用的是流量積算儀，閥門控制采用的是磨輪結(jié)構(gòu)電動閥門。流量計和閥門的供電采用本地測控主機（簡稱“RTU”，下同）供電的太陽能蓄電池控制，供電線路和RS485通信線路都通過深埋線路設(shè)計，可以大大降低水井維護導致線路斷裂。流量計按照設(shè)定的采集間隔與RTU進行通信，并將當前流量值發(fā)送到RTU，RTU收到流量即發(fā)送的收據(jù)后，轉(zhuǎn)發(fā)到后臺。同時后臺發(fā)送一個設(shè)定的流量值到RTU，RTU收到后臺發(fā)送的數(shù)據(jù)后，將之與存儲的流量值進行比較，如果比較結(jié)果相同，則不下發(fā)流量設(shè)定值，如果不同，則發(fā)送收到的流量設(shè)定值。智能流量控制器收到新的流量設(shè)定值值后，將重新啟動閥門自主調(diào)節(jié)開度，以使流量滿足用戶設(shè)定的要求。、本地油壓、套壓、干線壓力檢測和傳輸本地油壓、套壓和干線壓力檢測采用的是微功耗無線壓力便搜購年期，其主控芯片為MSP430單片機，變送器在每個采集周期通過短距離無線傳輸方式向RTU發(fā)送壓力數(shù)據(jù)。、本地RTU該產(chǎn)品適用于DC736V，用來接收并執(zhí)行控制中心控制指令；管理控制壓力變送器、流量計等外圍設(shè)備完成壓力、流量以及人員入侵、壓力超限、流量超限、流速異常等報警信息的采集、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。、后臺處理現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)經(jīng)由信息中心接收進入局域網(wǎng)后，由自動計量系統(tǒng)進行處理。壓力、流量數(shù)據(jù)以統(tǒng)一格式存入油田公司自動計量數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行管理。后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL，前臺采用WEB瀏覽器顯示?？紤]到如下幾方面因素以及油田注水井的現(xiàn)狀和設(shè)備的兼容性，我們設(shè)計了光伏供電方案。（1）安全因素：井口流量控制裝置采用直流24V的安全電壓供電。（2）可維護性：售后服務最優(yōu)化，維修成本最小化。（3）兼容互換性：無論何種井別，RTU及主要設(shè)備都應具有通用性。（4）投資最小化：有效利用原有設(shè)備及成熟技術(shù)，盡可能減少重復投資。光伏供電方案 圖531 光伏供電流量遠程控制流程圖光伏供電方案信息處理框圖如圖531，該方案具有如下特點：（1）采用兩塊15W的太陽能電池板和兩節(jié)12Ah、12V的蓄電池為RTU、無線數(shù)據(jù)遠傳設(shè)備和流量控制裝置提供動力電源。（2）RTU采用我公司微功耗測控主機，進行數(shù)據(jù)的處理、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)；并對光伏供電系統(tǒng)電池電壓進行監(jiān)測，合理使用電源，以避免蓄電池因過度放電而損壞。（3）壓力變送器采用我公司自主研發(fā)、生產(chǎn)的WLP0601A型微功耗無線壓力變送器，取消了井口布線，降低施工和日常維護管理難度。（4）流量控制裝置采用的是我公司與相關(guān)廠家聯(lián)合研制的微功耗流量控制裝置。工作壓力：16MPA ，壓力范圍：0～25MPa； 流量控制精度：177。5% （日配注量小于為，日配注大于為 ），流量范圍：；工作壓差13MPA； 采用太陽能供電方式，供電電壓為DC24V； 采用“微功耗”理念，充分降低設(shè)備功耗，無采光情況下蓄電池連續(xù)工作時間：96小時；同時具備一個RTU托帶兩個智能流量控制器的功能；干壓波動，自動調(diào)節(jié)，確保注水平穩(wěn)； 智能流量控制器選配低扭矩磨輪式調(diào)節(jié)閥、使用DC24V直流安全電源，同時具有手動、自動雙控制流量功能；通訊方式：RS48無線遠傳；通訊協(xié)議：Modbus RTU；井口流量計的底數(shù)與網(wǎng)上的展示數(shù)據(jù)一致；1充分利用原來流量計； 1具備無線遠程自動調(diào)水功能；日配注可遠程設(shè)定、控制；具備資料錄取及測試要求；1具備人機界面顯示注水井壓力，日配注，瞬時流量，累計流量等數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r在線計量、傳輸、展示水量、壓力等；1具備壓力超限、流量超限、流速異常、閥門堵轉(zhuǎn)等相關(guān)報警功能；天津市萬眾科技發(fā)展有限公司具有在低功耗測控主機、微功耗無線壓力變送器、微功耗無線溫度變送器、無線遠傳、后臺數(shù)據(jù)接收和處理、前臺數(shù)據(jù)展示等方面取得了多項研究成果和專利技術(shù)。目前，公司獨立研發(fā)、生產(chǎn)的“全無線變送器油井生產(chǎn)參數(shù)遠程測控系統(tǒng)”已在油田廣泛應用，為油田地面系統(tǒng)的簡化優(yōu)化提供了技術(shù)保障。天津市萬眾科技發(fā)展有限公司具有一批可持續(xù)發(fā)展的研發(fā)力量和現(xiàn)場技術(shù)支持、維護隊伍，具備較強的工業(yè)自動化項目的研發(fā)和生產(chǎn)能力。在注水井遠程流量控制系統(tǒng)研究過程中，我們聯(lián)合流量計儀表公司（如浙江富馬、蒼南天信等流量計儀表公司），共同進行產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)改造，同時天津市萬眾科技發(fā)展有限公司在不斷用一流的技術(shù)，做一流的產(chǎn)品，培養(yǎng)一流的人才，成就一流的企業(yè)。，保證了系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定 。本地設(shè)備：u 微功耗測控主機（RTU）微功耗測控主機是我公司自主研發(fā)、生產(chǎn)制造的，適用于不同供電方式的油水井。在注水井流量遠程控制系統(tǒng)中，測控主機管理微功耗無線壓力變送器和智能流量控制裝置完成壓力、流量和流速的采集、存儲、顯示、轉(zhuǎn)發(fā)及遠程注水量的調(diào)控。具有本地顯示壓力、流量、流速等相關(guān)數(shù)據(jù)功能；同時具有系統(tǒng)的工作電壓、電池電量、充電控制、開關(guān)機狀態(tài)判別、壓力超限、流量超限、流速異常、閥門堵轉(zhuǎn)等相關(guān)報警功能。其技術(shù)指標如下：圖5521微功耗測控主機（RTU）（1）工作電壓和功耗：12V直流，靜態(tài)功耗600mW，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進行遠程數(shù)據(jù)通信時，瞬態(tài)不超過24W。（2）485有線通訊地址范圍：0～255。（3）通信距離：井口微功率無線通信距離0150m，GPRS無線通信無限制。（4）適用環(huán)境溫度：30℃～80℃。（5）適用相對濕度：10%～90%，不結(jié)露。（6）通過微功率無線方式可以處理以下重要參數(shù)：油壓、套壓、回壓、溫度、油管注水流速、油管注水流量，套管注水流速、套管注水流量、油管的設(shè)定流速和套管的設(shè)定流速以及相關(guān)報警參數(shù)等。（7）可使用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)無線傳輸數(shù)據(jù)。u 微功耗無線壓力變送器如圖5522所示的微功耗無線壓力變送器為我公司專利產(chǎn)品，該變送器負責接收測控主機指令，完成油壓、套壓、干線壓力等壓力數(shù)據(jù)的測量和傳送；具有數(shù)字顯示功能，便于現(xiàn)場觀察及設(shè)置，可以在現(xiàn)場設(shè)定采集間隔、數(shù)據(jù)發(fā)送間隔、報警上下限等參數(shù)。變送器采用“微功耗”設(shè)計理念，進行了電路設(shè)計、用電管理、通信協(xié)議的優(yōu)化；采用微發(fā)射功率和高靈敏度接收策略；具有電池電量實時在線監(jiān)測功能，低于設(shè)定值自動報警，提醒用戶及時更換電池；嚴格按照國家無線電管理委員會對民用無線控制裝置的技術(shù)要求生產(chǎn)，使用不受限制的433MHz公用頻道，不必申請專用頻率；采用碼分多址調(diào)制方式，允許在同一區(qū)域多部設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)而不會相互干擾；數(shù)據(jù)可靠傳輸距離可達0150米。其具體技術(shù)指標如下：圖5522 無線壓力變送器（1）測量精度：；（2）供電電池：一次性鋰電池，電池壽命可達2年以上；（3）靜態(tài)功耗：小于45181。A；（4）通信距離：微功率短距離無線通信距離0150m；（5）適用溫度：30℃～80℃；u 智能流量控制器如圖5523所示，智能流量控制器由低扭矩磨輪式調(diào)節(jié)閥與流量計組成的。該裝置中的流量計內(nèi)部集成了電機控制算法，流量、流速數(shù)據(jù)的采集和傳送以及注水井日配注水量的動態(tài)調(diào)控等程序。其特點如下：流量計采用電子液晶中文顯示，具有瞬時流量、累計流量及日歷顯示；采用EEPROM數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可防止數(shù)據(jù)丟失；同時具有內(nèi)部與外部按鍵，通過外部按鍵可設(shè)定日注水量；可同時輸出流量脈沖信號及調(diào)節(jié)閥開度反饋信號；具有RS485通訊接口，可實現(xiàn)雙向通訊控制及無線遠傳控制功能；具有超流量保護及流量計故障限流功能；流量計量采用磁電式流量計，無可動部件、耐高壓沖擊；采用了先進的磨輪調(diào)節(jié)技術(shù)，在高壓下實現(xiàn)低扭矩，高安全性和密封性；圖5523 智能流量控制裝置智能流量控制器中的磨輪式調(diào)節(jié)閥較之傳統(tǒng)形式的調(diào)節(jié)閥有著諸多的優(yōu)點，傳統(tǒng)形式的調(diào)節(jié)閥一般采用螺紋閥桿升降式結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)流量費力耗時，閥座易堵易卡，關(guān)閉不嚴，使用壽命短等缺陷。而磨輪式調(diào)節(jié)閥，設(shè)計了兩塊各帶有二個圓孔的磨輪相對作旋轉(zhuǎn)運動，通過改變介質(zhì)的流通截面積，進行調(diào)節(jié)流量，工作原理如圖5524所示，其結(jié)構(gòu)原理如圖5524所示。介質(zhì)流體從閥門的進口端進入閥腔內(nèi)，假設(shè)閥門正在關(guān)閉狀態(tài)，如圖5524（a）所示，兩磨輪上的節(jié)流孔處于垂直相向位置，流道被完全堵死；隨后當電動執(zhí)行機構(gòu)開始轉(zhuǎn)動一定的銳角角度，并通過閥桿的連接傳遞，使動磨輪也隨之轉(zhuǎn)動了一個銳角，這時兩個磨輪的相對位置就形成了如圖5524（b）所示，工作面上的流道為兩個月牙孔，流體通過兩月牙孔被分成兩股支流，以后再合并為一股從閥門的出口處流出。調(diào)節(jié)流量的大小也就是使閥桿在90176。角度之間的任意轉(zhuǎn)動，改變由兩塊動、靜磨輪組成的流道流通面積的大小來實現(xiàn)的，其工作面上流道變化的全過程就似天體月亮的圓缺變化的模樣，當執(zhí)行機構(gòu)繼續(xù)轉(zhuǎn)至全開位置時，流道被完全打開，工作面上的流道截面好像兩顆滿月的月亮，（如圖5524c）所示。另外，閥門在工作中，流體對磨輪產(chǎn)生了一定的壓力，使得動、靜磨輪始終緊貼在一起，更加強了工作面的氣密性，就在逆流工況時，也具良好的密封性能。（a）調(diào)節(jié)閥關(guān)閉 （b）調(diào)節(jié)閥開啟 （c）調(diào)節(jié)閥完全開啟圖5524 磨輪式調(diào)節(jié)閥原理圖圖5525 流速調(diào)節(jié)控制框圖在該裝置中，電機控制算法集成到流量計中，流量計與調(diào)節(jié)閥自構(gòu)成了一個閉環(huán)的控制回路，當流量計接收到RTU發(fā)出的日配注和流速調(diào)節(jié)時，流量計通過PID算法控制調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)到符合控制精度要求的開啟度，其控制框圖如所示。采用這種小閉環(huán)調(diào)節(jié)，有效地降低了數(shù)據(jù)傳輸量，增大了調(diào)節(jié)的實時性和可靠性，這也是流量控制裝置能自主根據(jù)干線壓力變化調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開啟大小。此外，PID控制算法已經(jīng)固化在流量計中的信息處理芯片中。表5526為整個智能流量控制器參數(shù)表。表5526 智能流量控制器參數(shù)型號項目LDZ15LDZ25LDZ50LDZ80公稱口徑（mm）15255080公稱壓力（MPa）允許最大壓差(MPa)32最大輸出扭矩100Nm流量調(diào)節(jié)范圍()～2～8～505～100計量精度等級；控制精度見圖5527工作電源DC 24V啟動電流(最大)動態(tài)電流300mA靜態(tài)電流4mA電機額定功率10W流量計工作電流100μA閥體材料WCB；SUS316閥芯材料(磨輪)SUS401連接方式法蘭GB/電氣接口M20防爆等級/防護等級ExdIIBT4/ IP68圖5527 智能流量控制器控制精度曲線u 光伏供電系統(tǒng)在注水井流量遠程控制系統(tǒng)采用的光伏供電系統(tǒng)中，供電持續(xù)性是最為關(guān)鍵技術(shù)之一。光伏供電系統(tǒng)由太陽能電池板、太陽能充電控制器、蓄電池（組）組成。為確保電力供電持續(xù)性，我們在原注水井自動計量與監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)之上添加了一塊太陽能板和蓄電池，也就是目前該系統(tǒng)采用了兩塊20W的太陽能電池板和兩節(jié)12Ah、12V的蓄電池為RTU、無線遠傳設(shè)備和智能流量控制器提供動力電源。如圖5528所示光伏供電系統(tǒng)使用外觀圖。圖5528所示光伏供電系統(tǒng)使用外觀圖為保證光伏供電系統(tǒng)的持久性和可靠性，我們對系統(tǒng)做了如下一些改進：（1）選用低扭矩磨輪式閥門，降低電機負荷，使一套光伏供電系統(tǒng)能同時驅(qū)動兩臺流量控制，有利于地面分注井實施。（2）低于電池電壓工作下限值，暫時關(guān)閉流量調(diào)節(jié)功能，蓄電池電壓符合要求時，打開流量調(diào)節(jié)功能，避免蓄電池過度放電致使蓄電池永久性損壞。（3）采用“低功耗”設(shè)計理念，降低系統(tǒng)靜態(tài)功耗，延長電池供電時間，提高電池使用壽命。后臺配置：水井計量專用服務器及其配套程序截至目前，我們在油水井計量應用服務器技術(shù)不斷的升級，在注水井應用方面，已經(jīng)實現(xiàn)了如下功能：（1）根據(jù)用戶設(shè)定采集間隔發(fā)送采集指令自動采集和數(shù)據(jù)存儲；（2）運行GPRS數(shù)據(jù)管理中心程序，通過油田公司數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，與油水井測控主機（RTU）進行數(shù)據(jù)交換；（3）處理客戶端指令，對RTU進行設(shè)置和控制；（4）進行報警信息處理，并利用油田短信平臺根據(jù)設(shè)定的關(guān)聯(lián)短信功能向相關(guān)人員發(fā)送報警短信；（5）具有強大的數(shù)據(jù)存儲和處理功能，可以同時保留每口油水井的所有數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)工作需要進行報表、打印等操作和功能。