油田管网在线监控系统的关键技术解决

油田管网在线监控系统的关键技术解决
The Key Technology of On-line Monitor System for Oil-field Pipe Line
大庆石油管理局     陈庆宏 郭士增
摘要：在计量站采集流量、压力数据，基于GSM消息传输技术和工控组态软件，实现中心监控和统计分析，重点论述管网漏点定位监控等关键技术问题。
关键词：漏点定位；消息传输；MCGS；监控

 引言
建立一套实时检测监控油田管线原油实时数据（包括瞬时流量计算、流量累积、含水、密度、压力、温度、泄漏等参数）的计算机网络系统，及时反映各测试点的原油输送情况，提高计量的高精度、高可靠性和实时性，是实现石油生产从测量到管理自动化、智能化、建立了一套测试标准体系有效的手段之一。该网络系统具有油田管线监控、动画显示、实时存储、实时查询、实时报警、历史曲
线查询、各种报表的自动生成、打印及输油管线漏点监测(士5%距离精度)功能。服务器统计所有工作站的实时数据，实时生成各种报表和曲线， 通过网络供职能部门掌握生产状况进行管理决策，容易与MISS系统结合，参与管理。
  系统结构和特点
油田管网在线监控系统由计量站前置单元和监测中心两大部分组成，其系统网络组成结构如图1所示。

计量站前置单元采用模块化结构，包括工控机、检测仪表（具有智能传感器）、数据采集卡，光电隔离电路、开关量输出控制模块及接口
图1 油田管网在线监控系统网络结构
电路、无线通讯消息传输模块及天线等几部分，前置单元组成结构如图2所示。

图2 前置单元组成结构
监控中心主要由天线、消息传输模块、主控计算机、服务器及企业MISS系统网络接入设备组成，如图3所示。
 整个系统的软件基于Windows NT环境下，采用先进的组态软件MCGS和编程语言VB实现管网状态的监控处理，并应用SQL Server 2000大型数据库动态地存储大量关联数据、重要的信息资源，实现数据的充分共享、交叉访问以及应用的高度独立性。
油田管网在线监测系统具有以下特点：
* 设备投资少，无需通讯网架投资；
* 运行费用低；
* 组网灵活，可随时增减监测节点；
* 可与MISS系统结合，参与生产运输管理；
* 图形化主站系统，直观方便，操作灵活。

图3 监控中心组成结构
 关键技术
  传感器准确性
 油田管网在线监控系统的前端计量主要监测温度（℃）、压力（Mpa）、体积流量（）等实时参数，辅以预置按照规定时间间隔人工测量参数及修正系数，通过函数计算可得出管线流动原油的质量，这是原油生产的最关键参数，因此传感器准确计量技术是系统监控的基础，是数据准确性的保证。系统前端计量既要采用高质量、高可靠性的传感器，同时计算方法既要有理论保证，也要在实践中不断地积累经验总结规律加以修正。
  漏点监测和定位
 输油管线漏点监测是系统中比较重要和复杂的技术问题，在漏油的瞬间，漏油点处产生压力波，并向管道两边以近似恒定的速度传播，因此确定压力参数作为检测判断依据，根据管道两边压力波动时刻及压力波到达管道两边的时间差，从而利用以下公式近似计算出漏油点的位置:
  X= (L+ _T*V)/2
式中X为漏油点距管道一端的距离，L为管道的总长度，_T为压力波到达管道两端的差值，V为压力波在管道内传播的速度。
 利用压力波算法来计算漏点位置，需要计量站采集的管道两端的压力信号，为了精确的计算时间差，计量站要具有与服务器时间同步功能，监控中心处理程序接收计量站发送过来的压力和时间数据，自动计算出首末计量站压力波动信号时刻差，如果差值在规定范围内，就说明出现漏油情况，并能计算出漏油点的位置，系统进行报警，通知相关人员进行处理。
 通常情况下压力信号叠加有噪声，所以采用二次曲线进行消除噪声，以提高定位精度和减小误差。实际应用证明误差基本在5%以内。
  SMS消息传送
 油田管网在线监控系统依托的是GSM全球移动通信系统，并且几乎是双套网络（中国移动和联通）覆盖，SMS消息服务业务，是GSM移动通讯网络提供给用户的一种数字业务，SMS为双向通讯，具有一定的交互能力，信息发送端根据状态报告能知道信息是否已被接收端收到，因此具有较高的可靠性。信息依靠了SMSC短消息服务中心的存储和转发机制，当接收端因某种原因关机时，SMSC会保留该信息（通常为24小时），一旦接收端开机，SMSC会立即发送。每条短信的信息量限制在140个字节，如果超过此长度，可分为多条发送。
 实现原油生产自动化的在线监控系统，建设之初根本无须投入巨大的专网建设投资，同时也节省了网络维护费用，利用"公网"提供的服务业务组建"专网"具有投资少，不用维护，安全性强和可靠性高等优点,几年的消息服务费用远远低于独立建设专网的费用，而且使用虚拟网方式还可以进一步降低费用。在GSM网络不断发展情况下，采用"多媒体短信（彩信）"方式，还可以增加“遥视"功能。
  MCGS组态软件应用
 系统监控中心MCGS是基于WindowsNT操作系统，构造和生成监控功能的组态软件包，为用户提供了设备驱动、数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报表输出等工程问题的完整解决方案和操作工具。MCGS组态软件具有多任务、多线程功能。
 油田管网在线监控测系统框架采用VB编程，通过OLE技术与MCGS组态软件接口，实现个性化的管网监控功能，
 根据实际监控的要求，基于相应的硬件设备，用MCGS组态软件对监控系统进行应用软件系统的组态，其具体的组态过程简述如下：
 （1）系统菜单和系统参数组态
  在MCGS的“主控窗口”中，按监控系统的要求，对其系统菜单和系统参数进行定义和设置。
（2）设备构件的组态
在MCGS的“设备窗口”中对检测仪表、数据采集卡等进行设置和组态。
（3）用户界面的组态
 按监控系统的要求和用户的习惯，在MCGS的“用户窗口”中用MCGS的工具进行系统运行封面和主控界面的设计组态。
 （4）实时数据对象的组态
 在MCGS的“实时数据库窗口”中分别对有关的数据和变量等进行定义和设置。
 （5）运行策略的组态
 在MCGS“运行策略”窗口中，可分别对系统的“启动策略”、“循环策略”、“存盘策略”等进行设置和组态。
 在MCGS的组态环境中完成各项组态工作之后，系统可生成在线监控功能的“组态结果数据库”，在MCGS环境中运行应用软件系统。
   应用软件和数据库
 监控中心由消息收发模块、系统计算机、服务器、应用软件和数据库组成计算机局域网，实现工作状态显示、报表统计打印、数据分析和通过消息向职能人员手机发送消息等功能。
编写应用软件处理程序实现系统计算机的图形化主界面、数据分析功能、数据计算以及状态曲线描绘等功能，实时显示计量站的工艺流程图，并在工艺流程图相应位置（管道）上动态实时显示与之对应的压力、瞬时流量等参数及状态。
服务器数据库存储监控数据和管理数据库，记录设备工作状态、历史数据、维护信息和故障历史记录。
 结语
油田管网在线监控系统在大庆油田采油厂的成功应用证明了该系统能够提高计量准确度，在石油生产中取得了可观的经济效益和社会效益，减少了人工，提升了工作效率，实现了原油计量监测的自动化，通过科技手段实现了企业的现代化管理。

参考文献：

[1] 邹建新，GSM短消息接口协议SMPP的研究，武汉科技学院学报，2000.12：12_17
[3] 刘俊、胡国栋，MCGS工控组态用户指南，昆仑通态软件公司，2001：1661