1. 系統實施背景

    對井下液位高度的測量和現場設備工作狀況的監測是測井工作的重要組成部分，通過對各種井下、井上工況參數的監測可以全面控管排采井的水位、排量以及螺桿泵的運行狀態，在抽水控制、排采監測、制止違規操作等方面發揮著不可替代的作用。測井監理工作“點多、面廣、量大”，而且具有“全方面、全天候、全時制”的特點。為徹底解決相關技術人員不足的問題、節約成本、提高效能，必須采用自動化、信息化、科學化的高科技手段，建設螺桿泵遠程自動控制及監測系統，為測井工作的管理和安全提供技術支持！

    通過人工職守的方式來實現對井的監測，這種方式實現簡單，運行費用也相對較低。但基于人工方式不可避免的存有欠缺。首先，測井工作人員每測一口井需要花費10-30分鐘的時間，而且一個人同一時刻只能使一個排采井處于被監測狀態，因而很難對測井隊所轄區域內的所有排采井進行整體上的管理。其次，實時性很差，無法在第一時間將所有超標情況反映給相關的部門。第三，被監測的井處于離線脫網狀態，監測數據如果由于人為原因很容易造成設備損壞將最終導致監測數據的丟失甚至無法第一時間掌握現場狀況。如何克服上述問題，尋求一種智能化的數據監測和控制方式已經成為現階段測井在線監測系統建設的迫切需要。

    2．系統簡介

    螺桿泵遠程自動控制及監測系統是由井下螺桿泵、地面驅動裝置、變頻器、可編程遠程測控終端、傳感器、GPRS數據通訊網絡及上位機管理系統軟件等組成。具有可靠性高、體積小、交互式的人機界面，操作、維護方便等特點。該自動化控制系統，可單獨用于其它排采泵型，便于更廣泛推廣應用。

    該系統應用在煤層氣排采井中，主要作用是需要監測井下水液位（通過井下壓力換算得出）、井口出水壓力和流量、井口排氣瞬時和累計流量、電機工作頻率、轉速、工作電壓、電流等參數。在螺桿泵使用變頻控制技術的基礎上，實現手動控制方式和自動控制方式。由于地下水的液面位置是不斷變化的，為了防止液面過低導致的螺桿泵空抽現象，所以要求要根據液面的實際情況控制變頻器的輸出頻率從而達到控制電機轉速的目的。根據壓力傳感器（井口一個、井下一個）的壓差判斷地下液位。控制液位為20m-400m，即壓力傳感器體現壓力值0.2-4Mpa；要求液位在20m-400m范圍內可以通過壓力傳感器發出信號給地面控制器自動控制變頻器輸出頻率，使電機達到合理轉速，實現無人看守自動控制液面的目的。另外根據不同井出油或水的液位不同，地面控制器控制變頻器的基本頻率值可以人為設定。并且一旦自控系統失效要通過某種方法切換到目前的人工手動方式，不影響原有變頻控制系統正常工作。

    3. 系統組成結構

    圖1.在線監測系統結構圖

    4.2 全面控管

    同一時刻對所有排采井進行實時在線監測，克服了人工方式下的各種弊端，實現了對排采井的全面、實時、網絡化的監測體系。如圖2 所示，只需觀察屏幕上各個排采井的圖標樣式或顏色即可了解所有排采井的設備運行情況；同時還可以通過表格和曲線瀏覽排采井排采的詳細監測數據（如圖3 所示）。這使得工作人員在同一個用戶界面即可將所有排采井所有的設備運行狀況、排量、水位、壓力等信息盡收眼底。

    4.3 實時在線

    基于GPRS 實時在線的特點，數據接入服務器和各個RTU保持實時在線連接。使總公司可以及時準確掌握各個排采井口的實際運行情況、流量的發展趨勢與動態。如圖3 所示，無需任何撥號操作，即可實時察看所有排采井口的每間隔五分鐘（時間可設定）的變化情況。

    圖3. 實時報警與跟蹤

    4.4 實時報警

    實時報警可分為超標報警、故障報警和趨勢預警。人性化的報警和預警功能，可以提醒管理人員及時地關注和處理可能發生或已經發生的事件。

    (1) 報警形式多樣化：提供聲音、圖標顏色變化、表格中數值的顏色、手機短信等8 種報警形式。

    (2) 報警信息數值化：精確地給出具體的超標數值，超標時間，為強化管理工作提供了詳實可靠的依據。

    超標報警：當井口排采量超過了預先設定的數值時，系統啟動超標報警，相應的排采井圖標會不停的閃爍。如圖3 中石油煉廠的圖標描述的就是超標排采的情況。此外還可以通過短信方式，將超標排采的詳實數據通知相應的工作人員。

    趨勢預警：實時匯總各種井口的排采總量，及時、準確地掌握井口的動態，對氣體和水的排采量發展趨勢過快的情況提前預警。

    故障報警：當RTU或在線監測儀表發生故障時，系統便會自動發出故障報警信號。圖3 中石化熱電廠的圖標描述的就是發生故障報警的情況。

    4.5 數據安全性

    RTU將采集到的數據立即發送到數據接入服務器，并存入系統數據庫，杜絕了因數據采集終端發生故障而導致丟失監測數據的現象，充分保證了數據的安全性。

    并且，RTU也具備脫網運行的能力，當網絡或數據接入服務器發生故障時，首先系統會以聲光或短信報警的方式將報警信息通知系統管理員，它會將采集到的監測數據匯總然后作為“歷史數據”暫存到存儲器中，待系統恢復正常后，將緩存的數據傳送給數據接入服務器。

    數據安全性的另外一方面表現在，系統RTU的接入作了嚴格的身份認證，杜絕系統安全隱患。

    另外在數據傳輸和處理過程中采用校驗和加密算法保證數據的準確性和安全性。

    4.6 豐富的統計分析功能

    從多種角度和層面來統計分析監測數據，提供全面的報表和統計圖表。可以按轄區、按時間、按排采井種類等多種分類方式，生成統計報表和統計圖表。    
                                           
    4.7 充分體現總量控制的原則

    具備核定排采井排采量發展趨勢的實時監控、以及排采總量的統計與分析等功能。充分體現總量控制的原則，為管理提供依據，為決策提供支持。 
 
    系統結構分為數據采集、數據傳輸和監控中心的管理三個部分。其主要功能描述如下：

    3.1 監測數據采集

    采集監測數據是系統的重要組成部分，是獲取原始監測數據的主要途徑。這部分功能的實現完全依靠GPRS 數據采集終端（以下簡稱”RTU”）。

    在現場每口井下、地面安裝有多種傳感器及儀表，這些傳感器和儀表能夠監測現場的各種指標。RTU與傳感器和變頻器連接，并將監測儀表的測量數據進行分析、匯總、存儲。

    3.2 數據傳輸

    數據傳輸部分是公司和排采井之間通訊的橋梁，它完成了監測數據的傳輸功能。通過GPRS 進行數據通訊需要到中國移動去辦理GPRS 數據業務。目前，GPRS 已經在全國范圍內開通，具體辦理細節以及相關資費標準請咨詢當地移動網絡運營商。

    3.3 總公司監測

    只有將監測數據及時地傳送到監測中心，才能實現對排采井的實時監測。完成這部分功能的核心是“數據接入服務器”（或者服務器集群）。如圖1 所示，數據接入服務器安裝在總公司的局域網絡內部。

    數據接入服務器是指裝有遠程監測系統軟件的網絡服務器，其職責是與各個安裝在排采井現場的GPRS 數據采集終端進行數據傳輸。（如接收各個GPRS數據采集終端上傳的監測數據；向指定的GPRS 數據采集終端發送采集控制指令等）
“數據接入服務器”接收的監測數據需要保存，完成數據存儲功能的核心是“數據庫服務器”。如圖1 所示，系統中配備有專用的數據庫服務器。

    為了提供遠程或者移動訪問的能力，系統還需要配備“WEB 服務器”。系統的三個主要組成部分“監測數據采集”，“數據傳輸”、“總公司監測”協同工作，建立起監控中心到各個排采井的網絡系統，實現在線監測功能。

    4. 系統特點

    4.1 統一的監測平臺

    系統在設計上采用統一的數據平臺，兼容絕大部分國產、進口的在線監測儀表。另一方面系統涵蓋了在線監測的多種應用，包括水位在線監測；壓力在線監測；地下水或氣體流量監測；變頻監測；起停、報警監測等。下以環境監測系統軟件為例：