昆仑海岸在气井防盗中的应用———气井防盗报警监控系统设计方案

前言：
为了有效避免人为破坏输气井口设施造成的重大经济损失和实现对气井生产数据的监控与管理，提供设计方案如下，望各位领导提出宝贵意见。

一、设计准则：
采用高科技低工耗产品保障现场设备供电及环境条件的特殊要求。组成具有安全可靠、经济实用、快速反应预警能力的网络监控系统。同时降低投资成本、提高工程质量、优化系统性能，达到确保气井安全生产顺利进行和监控数据稳定可靠的目的。

二、现场设备标准：
1、安全性。
(1) 采集仪表的供电电压符合DC12V±20%、正常工作电流小于100mA，符合“本安”防爆标准要求。
(2) 蓄电池与采集通讯仪表的安装方式采用防爆箱,达到“隔离”防爆标准。
(3) 外接传感器的接线包括“壁环和地环断路的引出接线端”进防爆盒连接。
(4) 所有与采集器连接的传感器走线，全部采用金属镀锌管，接头丝扣处采用704硅橡胶或生胶带等密封处理。
(5) 在蓄电池“正、负两极输出线缆之间”，采用“绝缘插接件”以便于更换蓄电池时的电路连接、避免在蓄电池移出或装入时线缆接头与箱体内壁接触产生火花，以及在搬运过程中正、负两线接头相连产生放电对蓄电池造成的损坏。
(6) 在蓄电池正、负两极输出接线端子之间安装火花吸收电器，以避免在更换蓄电池时插接件通、断产生不安全性火花。
(7) 在蓄电池正极输出线缆后端，接入相应容量的总保险（熔断）丝。
(8) 在采集器对每路传感器的供电输出端，加置微型“自恢复限流保护开关”。2、节能性。节能是产品符合环境供电条件的特征，现场所有仪表的正常工耗需要达到一台100Ah蓄电池供电量为70%时的基本运行时间标准为30天以上。
3、扩充性。采集仪表的输入输出通道为8路开关量、6路模拟量，其中6路开关量用于门状态、振动、壁、地环断路防盗及两段燃气报警，3路模拟量用于蓄电池的电压检测和气井套压及油压生产数据的采集外，预留2路开关量3模拟量为备用通道。
4、可靠性。
(1)采集仪表进入整机组装后的全部性能严格进行测试确保所有接点准确可靠。
(2)对开关量输入与模拟量通道的性能分别进行测试记录，达到验收标准要求。
(3)防爆箱主体与外部连接密封部位进行气压检验，达到“隔离” 防爆要求 。

5、气井采集设备YGY型结构示意图：


性能简介：
YGY型设备为一台蓄电池供电，当用电量设定为70%、数据采集周期定时为30分钟时，正常使用时间为30天以上。设有低压报警输出和下限自动断电保护功能，避免深度放电造成蓄电池损坏。适应于矩离较近、路面条件较好的井场使用。具有结构紧奏变动灵活的特点，当需要增加蓄电池延长供电时间时，在连接管上部加装防爆箱并将采集器与底板移入箱内加长电源接线即可。如下图所示：
6、气井采集设备YGYP型结构示意图：


性能简介：
YGYP型设备为两台蓄电池一用一备式供电，当用电量设定为70%、数据采集周期定时为30分钟时，正常使用时间为60天以上。设有低压报警输出和主备电源自动转换及低压断电保护功能，避免深度放电造成蓄电池损坏。适应于矩离较远、路面条件较差的井场使用。具有供电时间长蓄电池更换时间灵活等特点。

6、设备成套组装与防爆标准：
(1)产品配套组装符合相应低压配电 “中国国家强制性CCC认证”标准。
(2)防爆安装符合国家GB3836-2000标准要求。

7、生产资制认证：
(1)配套生产提供低压电器“生产许可证”及国家强制性CCC认证证书。
(2)配套安装提供防爆电器设备安装资格证书。

三、系统概述：

本系统由监控计算机、工控组态软件，现场数据采集仪表及各种防盗防爆传感器等组成。系统性能以防盗报警为主，同时具备生产数据采集和智能化管理的能力。

监控室设在计量站，为基层值班人员及时了解井场状况，对发生告警事件尽快采取外处理措施提供了有利条件。整体结构如下图所示：



四、数据采集过程：
1、如上图所示，正常状态下由采集器对各种报警传感器的数据进行实时性采集，通过GPRS模块周期性定时向监控计算机上报采集数据或由计算机通过UDP协议向GPRS所连接的采集器周期性下发命请求令获取数据。
2、报警状态下：各种报警数据由采集器主动上报计算机进行报警显示和记录。

五、报警数据的处理过程
1、门状态报警。门状态由门磁传感器与采集器的一路开关量输入通道连接采集数据。当门状态为开时，报警信号由采集器主动上传监控计算机通过动态画面显示和输出声响告警，并在报警报表中记录报警内容及报警时间。
2、巡井登入开关.为保证门状态报警信号的可靠性，在防爆箱右上角后部设置内嵌式磁性推拉开关与采集器一路专用通道连接采集处理登入后的报警数据：
(1)通过登入开关输出的信号，解除门状态及现场所有报警、记录入场时间。
(2)在关门前通过退出“登入”开关输出的关闭信号，恢复采集器进入报警检测状态，并上传记录“退场”时间。
(3)在退出“登入”信号输出后，门状态在15秒后无关门信号输入时，由采集器上传计算机输出“开门离场”报警，提示值班人员与现场人员联系检查房门是否关好。
3、震动报警。采集器通过一路开关量通道与震动传感器连接采集数据。当现场发生破坏性撞击时，震动报警信号由采集器主动上报监控计算机进行动画闪烁显示和输出声响告警，提示值班人员对报警现场进行处理，并对报警时间与内容进行记录。
4、壁环、地环断路报警：
(1)壁环断路采用高温导线布于房屋的4周和顶部墙壁组块内，墙壁组块内部导线的输出端分别由组块的顶部经接线盒连接进入走线管。
(2)地环断路通过底座与房体组块内壁连接部位的点状固定，由接近防爆箱体的墙角经走线管进入采集器。
(3)“壁环”和“地环”导线分别与采集器的两路开关量通道连接采集数据。当其中一路连线断路时，报警信号由采集器主动上传监控计算机通过相应动态画面闪烁显示和输出声响报警和记录。提示值班人员对报警现场进行处理。
5、可燃气检测报警：
现场防盗房内天燃气体浓度的检测，通过检测器的两路开关量信号分别与采集器的两路通道连接采集报警数据。周期性定时通过GPRS模块上传监控计算机进行记录。当可燃气浓度LEL测量值达到20%和50%以上时，分别输出上限和上上限报警信号，由采集器主动上报监控计算机输出声响和指示灯显示报警，提示值班人员对报警现场进行处理，并对报警时间与内容进行记录。
6、电压检测控制器： 蓄电池的电压检测通过一路电压传感器与采集器的一路模似量通道连接采集电压数据，周期性上报监控计算机对蓄电池电压按百分比进行模似量显示和数字显示。当蓄电池电压显示值下降到12V以下时输出报警和记录，提示值班人员尽快更换储备电池。
7、套压与油压检测：气井套压与油压的检测通过两路防爆压力传感器与采集器的一路模似量通道连接采集压力数据，周期性上报监控计算机显示套压与油压数据并以工图形式的曲线反应工况运行状态，设定上、下限报警，提示值班人员对突发性变化事件及时查明原因进行处理。
8、报警认知：
(1)产生报警后值班人员按“认知”键，解除报警声响、停止报警画面闪烁，在报警报表中同时记录“认知”时间。无人按“认知”键时，报警状态不要自动解除，同时对报警的时间与内容在报表中按30秒一次保持记录。
(2)得到报警后值班人员在登入现场时，通过操作“登入”开、关记录入场和退出时间、解除或恢复现场采集器的报警状态。
9、登入过程中的报警信号与画面处理：
(1)“登入”信号上报后各种报警画面显示、无闪烁和报警声响。
(2)各种报警的时间与内容进入试验记录报表。
(3)退出登入信号上报后解除报警画面显示、进入报警检测状态。

六、软件的数据处理过程
1、根据采集的数据判断是否有报警发生，报警通过动画闪烁显示或不同声响提示当班人员及时处理。
2、对报警后的处理过程进行记录。
3、周期性地保存采集数据，正常时需要2小时保存一次。
4、对报警数据和历史数据生成报表以供浏览和打印输出。
5、历史报表。按选定单位井号、分时段显示和打印历史数据。
6、工程组态界面统一风格。操作简单、显示直观的了解每个气井的详细状况。

七、主窗口显示模式与内容：
主窗口显示气井的分布地图模式，同时显示气井的状态，包括：正常工作、停(修)井和报警。
1、 选择某个气井的图型时，进入该气井详细数据的显示。包括选定不同时段、
不同内容的数据记录。
2、 电池电压模似量显示为0～100%与0～16V量程之内的数显，当供电电压在
12V以下时闪烁报警和输出声响报警。
3、 通讯信号故障报警。当GPRS与计算机的通讯连接失败后重连时显示“通讯信号故障”在连通后自动去消。

八、数据存储要求：
(1)周期性保存采集数据的间隔时间为2小时。
(2)历史数据保存至少为1年。
(3)保存报警数据的间隔时间为20秒。

九、对性能的规定：
(1)要求提供统一的操作风格。
(2)统一的界面风格。
(3)统一的数据显示风格。
(4)数据采集过程中产生的错误能及时恢复并保持正常工作。

十、时间特性要求：
(1)数据采集时间，分周期性定时采集和实时采集。
(2)周期性采集30分完成一次。
(3)实时报警发生后60秒内发生反映。(计算机画面显示与输出声响)

十一、输入通道信号：
(1)门状态－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-开关量，1路；
(2)巡井登入－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 开关量，1路；
(3)振动报警－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-开关量，1路；
(4)壁环断路报警－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-开关量，2路
(5)可燃气检测报警－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-开关量，2路
(6)电池电压检测传感器－－－－－－－－－－－－－－－－－－-模拟量，1路
(7)套压检测传感器－－－－－－－－－－－－－－－－－－(备用)模拟量，1路

十二、主窗口显示：
通过地图模式动画显示各个气井的外观状态。包括正常和报警状态。通过点击井图查看详细数据及各种报表的详细记录。
(1)日报显示各个气井当日8～4点、4～8点两班的详细数据、报警数据记录
(2)月报显示当月每日两班的详细数据记录、报警详细数据记录。
(3)年报显示保存每个气井的历史数据。
(4)报表类型主要有当日巡井与试验记录报表、报警记录报表、(修井)停产记录报表、蓄电池的更换次数与供电时间记录报表。
(5)现场登入记录内容：井号：入场与退场时间

十四、现有主要采集仪表性能说明：
1、GPRS数据采集器 型号KL-R5110
1.1主要性能特点
· 八路模拟量、八路开关量输入、输出；
· 内嵌GPRS传输单元提供完备的GPRS登陆和传输机制，稳定可靠；
·天线内置，安装及使用方便，配有外接天线接口；
功图数据快速采集和支持4000组数据存储记录；
· 配套MODBUS协议和登陆参数支持，数据流管理稳定
· 支持两路数据串口，可配接多种扩展串口设备
a) 、主要参数
1、模拟量输入：八路4～20mA或5V电流或电压信号
2、开关量输入：八路纯触点开关量
3、供电电压： DC12V
4、采样分辨率：16位
5、调试串口： RS-232/485 波特率：9600
6、准确度：0.1%
7、整机功耗：70mA
b)、部分构件
a、指示灯说明：
Power ：电源指示灯，正常供电时该灯点亮；
b、通讯指示灯
共有4个通讯指示灯，分别为串口C与串口D的RX、TX指示灯，
串口C为调试串口，串口D为预留串口。
c、db25针插座