多串口通信联网技术在石油工业采油自动化领域中的应用前景

摘要：结合油田实际的生产需要，SCADA监控系统的应用使采油自动化走出了一条成功之路，作为专业生产串口通信产品的厂商，近年来．更应市场发展的需要。将产品的应用领域进一步扩大，相继推出结合以太网及Internet的相关技术产品。将串口产品的应用推向更新的网络应用。这将使采油自动化技术走上一条在市场经济竞争中，迅速降低成本，大大提高经济效益发展前景。
关键词：采油自动化；多串口通信联网技术；互联网技术
一、结合油田实际的生产需要，采油自动化的主要应用如下：
1.1地面生产管理中的主要应用：
（1）抽油系统的监控与管理
如：抽油机、井场资料的录取；示功图连续采集和诊断。
（2）计量站和集中处理站的正常安全监控。
1.2在地质管理中的应用
（1）利用准确、丰富的油、气、水计量资料进行日常动态分析,
（2）依据流压变化情况确定工作制度的合理性
（3）根据油井产量、流压、含水变化，指导相关注水井合理注水。
1.3油藏工程方面的应用
抽油井实时油层中部压力监测，可有效地获取大量油藏信息。
二、海上自动化系统简介
海上浅海油田，采油自动化是保证可靠运行的必要手段。
2.1实施海上自动化工程的必要性
浅海油田位于渤海湾的浅海、极浅海海域，海域水深10m左右，该油区自然环境和气候条件恶劣， 春冬季多风浪，最大风速33m/s，气候潮湿，冬季有30-40cm厚的海冰。
由于海上环境恶劣，简易采油平台设计空间有限，这就要求卫星平台管理为无人值守。
2.2自动化系统简介及管理模式
SCADA监控系统是浅海油田自动化系统的核心。系统包括: 软件监控系统； 硬件主要是陆地中心站和海上中心平台站的工业控制计算机以及各卫星平台的可编程控制器组成的远程终端RTU。
管理模式采用三级管理：参见附图   
第一级： 陆地中心站。在陆地控制中心可以监视及控制整个浅海油田的生产状态，处理油田生产信息，打印油田生产报表，为动态分析、数值模拟及油藏描述提供数据。   
第二级： 中心平台站。 设在中心一号及中心二号平台。中心平台控制中心可以监控中心平台站及周围所属卫星平台站的生产运行情况，并通过扩频微波向陆地中心站传送数据。
第三级： 卫星平台站。 每个采油平台设置一个卫星平台站。卫星平台站由远程终端(RTU)完成采油平台数据采集处理判断,并通过450M无线信道发往中心平台站,同时接收中心平台站发来的控制命令,实现卫星平台的遥测遥控。
2.3自动化在海上采油工程中的应用
(1) 机采井监控；
(2) 原油升温设备测控；   
(3) 自动选井计量；   
(4) 平台进线电流电压检测；   
(5) 安全系统监控；
(6) 井下压力计参数检测；   
(7) 采油平台入海管紧急关断；
(8) 海水净化、 注水设备、单井注水量的监控。
三、工业自动化的理想方案—串口转以太网解决方案
近几年来, 以太网/互联网等网络架构已逐渐在自动化产业内被广泛的采用，取代传统的串口通信而成为自动化系统通信的主流。 在这种趋势下,以 TCP/IP 和以太网为代表,成熟度较高的开放式网络技术，正逐渐地被应用在各个自动化系统中。为石油工业自动化技术的改造和提高提供了广阔前景。
3.1石油信息网建设已初具规模
我国大型石油企业包括：十几个石油管理局、管道局、物探局。信息网络建设初具规模，已建PDH、SDH数字微波传输系统4.5万波道公里，光缆5万芯公里。交换机容量112万门、移动通信2万户。卫星系统站点200个站，体制分别为：单路单载波（SCPC）、时分多址（TDMA），以话音和384K、2Mb图象传输为主。构成计算机信息网（广域网、局域网）联网数据通道。石油股份公司二期信息网络改造工程中，集团公司至通信公司光纤开通622Mb/s，通信公司至各油田开通2-8 Mb/s构成广域网络传输骨架，全国石油站点60个。这是石油工业实现采油自动化、生产管理现代化的最大资本。为适应油气田勘探、开发、生产和管理的需要，每个油田的信息网络骨干网，均采用千兆以太网络拓扑结构，大部分千兆三层交换机选择Accelar8600，千兆端口数量可达64个，对外与CERNET和INTERNET互连，其高性能、高可靠性符合油田互联网网络要求。
在我国西部开发中，管道局先后建设陕京线、兰州至成都、山东临邑至南京等数条输油管道及信息网络工程、管道局综合数据库工程。西气东输管道干线（轮南—上海），全长4000公里，规模巨大、投资巨大，系统包括：首末站各一座，中间压气站、分输站和分输清管站数十座，具有远控的截断阀室和阴极保护站数百座。由于西气东输管线跨越的地域广，地形复杂，途中穿越无人的荒漠和戈壁滩，人烟稀少的祁连山区、吕梁山区和太行山区，因此，首末站、压气站和分输站为有人值守站场。其余均为无人职守站。自动化数据传输工程一般选择光纤或卫星通信方式。
3.2卫星TCP/IP数据传输技术
石油企业建设了两个我国最大的卫星SCPC及DTMA/VAST系统。卫星通信具有覆盖面大，传输距离远，不受地理条件限制等优点，利用卫星通信的宽带IP数据系统将有很大的发展前景
1. IP over卫星
这里的卫星主要指现阶段的C或Ku波段静止轨道卫星，可用于作为地面网中继的大型关口站，或VAST卫星通讯网。这种方式主要采用协议网关来实现。整个过程中，协议网关将端到端的TCP连接分成三个独立部分：一是客户机与网关的远程TCP连接；二是两个网关间的卫星协议连接；三是服务器方网关与服务器间的TCP连接。
这一结构采取分解端到瑞连接的方式，既保持了对最终用户的全部透明，又改进了性能。
  IP over 卫星 ATM
为了满足多媒体通信业务的需求，许多宽带卫星计划正在快速发展中，采用Ka波段、星上处理和ATM技术是其主要特点。IP over卫星 ATM使宽带卫星能够无缝传输Internet业务，因而这种方式的卫星IP网将更好地满足未来人们对数据传输的需求。
卫星TCP/IP传输研究的主要问题有QOS和协议带宽效率等方面。
3.3 工业自动化的理想方案—串口转以太网解决方案
（1）以太网络下独立操作的串口设备联网服务器
  NPort Server 产品, 能够让众多的串口设备连接上网络，是专为串口转以太网设计连接的桥梁，将成为一种规范.其特点如下: 无需更改您的应用程序即可让您串口设备立即联网；可带电热插拔；系统扩充容易；安装快捷，管理、维护方便 。
（2）远程控制台管理
具有集中式控制台管理；无人设备的远程开/关机；远程电源管理；远程路由设置；远程拨入访问；串口编程、调试；双机冗余数据撷取系统等全方位IT管理。
四、油田自动化发展的回顾与思考
陆地油田大多属于温热带干旱气候区，其特点是夏季酷热，冬季严寒，全年雨量少，昼夜温差大，多大风和风沙，干热风危害严重。工作条件艰苦。滩海油田远离陆地、环境恶劣，采油平台空间有限、要求工作人员越少越好，直至无人值守，为了确保采油平台安全生产，必须采用先进、经济、可靠的自动化监控系统。
以往油田自动化系统，实施方案中要求数据采集点、遥控点规模庞大，功能过细，造成投资过大，较大投资用在数据传输网络及专线基础建设上，造成重复建设，总体经济效益下降。总结了十多年搞自动化的经验及教训，提出采油自动化建设的基本思路为：
1、自动化技术方案应广泛的采用以 TCP/IP 和以太网为代表的成熟度较高的开放式网络技术，这不仅提高了系统可靠性，又节省了投资
2、降低成本，有可能的效益，或提高了油田的综合经济效益
3、发挥生产单位积极性很重要，自动化技术方案应根据实际生产
  工艺，因地制宜，力求简化。
4、技术培训先行，项目完成，维护人员也培养出来了，生产值班人员要认真减下来，
5、就目前的工艺流程，对测控参数进行进一步的优化，使测控
点和控制点达到最优化。也就是说，测控系统的采集点和
控制点越少越好
6、一次仪表选型上应按无人值守标准要求。可靠性放在第一位。