1. 系統(tǒng)實(shí)施背景
對井下液位高度的測量和現(xiàn)場設(shè)備工作狀況的監(jiān)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(shù)的監(jiān)測可以全面控管排采井的水位、排量以及螺桿泵的運(yùn)行狀態(tài)，在抽水控制、排采監(jiān)測、制止違規(guī)操作等方面發(fā)揮著不可替代的作用。測井監(jiān)理工作“點(diǎn)多、面廣、量大”，而且具有“全方面、全天候、全時制”的特點(diǎn)。為徹底解決相關(guān)技術(shù)人員不足的問題、節(jié)約成本、提高效能，必須采用自動化、信息化、科學(xué)化的高科技手段，建設(shè)螺桿泵遠(yuǎn)程自動控制及監(jiān)測系統(tǒng)，為測井工作的管理和安全提供技術(shù)支持！
通過人工職守的方式來實(shí)現(xiàn)對井的監(jiān)測，這種方式實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)行費(fèi)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(fèi)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(jiān)測狀態(tài)，因而很難對測井隊所轄區(qū)域內(nèi)的所有排采井進(jìn)行整體上的管理。其次，實(shí)時性很差，無法在第一時間將所有超標(biāo)情況反映給相關(guān)的部門。第三，被監(jiān)測的井處于離線脫網(wǎng)狀態(tài)，監(jiān)測數(shù)據(jù)如果由于人為原因很容易造成設(shè)備損壞將最終導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的丟失甚至無法第一時間掌握現(xiàn)場狀況。如何克服上述問題，尋求一種智能化的數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制方式已經(jīng)成為現(xiàn)階段測井在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的迫切需要。
螺桿泵遠(yuǎn)程自動控制及監(jiān)測系統(tǒng)是由井下螺桿泵、地面驅(qū)動裝置、變頻器、可編程遠(yuǎn)程測控終端、傳感器、GPRS數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)及上位機(jī)管理系統(tǒng)軟件等組成。具有可靠性高、體積小、交互式的人機(jī)界面，操作、維護(hù)方便等特點(diǎn)。該自動化控制系統(tǒng)，可單獨(dú)用于其它排采泵型，便于更廣泛推廣應(yīng)用。
該系統(tǒng)應(yīng)用在煤層氣排采井中，主要作用是需要監(jiān)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(jī)工作頻率、轉(zhuǎn)速、工作電壓、電流等參數(shù)。在螺桿泵使用變頻控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)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(dǎo)致的螺桿泵空抽現(xiàn)象，所以要求要根據(jù)液面的實(shí)際情況控制變頻器的輸出頻率從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)壓力傳感器（井口一個、井下一個）的壓差判斷地下液位?？刂埔何粸?st1:chmetcnv w:st="on" unitname="m" sourcevalue="20" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">20m
圖1.在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.2 全面控管
同一時刻對所有排采井進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測，克服了人工方式下的各種弊端，實(shí)現(xiàn)了對排采井的全面、實(shí)時、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測體系。如圖2 所示，只需觀察屏幕上各個排采井的圖標(biāo)樣式或顏色即可了解所有排采井的設(shè)備運(yùn)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(xì)監(jiān)測數(shù)據(jù)（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(shè)備運(yùn)行狀況、排量、水位、壓力等信息盡收眼底。
4.3 實(shí)時在線
基于GPRS 實(shí)時在線的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)接入服務(wù)器和各個RTU保持實(shí)時在線連接。使總公司可以及時準(zhǔn)確掌握各個排采井口的實(shí)際運(yùn)行情況、流量的發(fā)展趨勢與動態(tài)。如圖3 所示，無需任何撥號操作，即可實(shí)時察看所有排采井口的每間隔五分鐘（時間可設(shè)定）的變化情況。
4.4 實(shí)時報警
實(shí)時報警可分為超標(biāo)報警、故障報警和趨勢預(yù)警。人性化的報警和預(yù)警功能，可以提醒管理人員及時地關(guān)注和處理可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的事件。
(1) 報警形式多樣化：提供聲音、圖標(biāo)顏色變化、表格中數(shù)值的顏色、手機(jī)短信等8 種報警形式。
(2) 報警信息數(shù)值化：精確地給出具體的超標(biāo)數(shù)值，超標(biāo)時間，為強(qiáng)化管理工作提供了詳實(shí)可靠的依據(jù)。
超標(biāo)報警：當(dāng)井口排采量超過了預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時，系統(tǒng)啟動超標(biāo)報警，相應(yīng)的排采井圖標(biāo)會不停的閃爍。如圖3 中石油煉廠的圖標(biāo)描述的就是超標(biāo)排采的情況。此外還可以通過短信方式，將超標(biāo)排采的詳實(shí)數(shù)據(jù)通知相應(yīng)的工作人員。
趨勢預(yù)警：實(shí)時匯總各種井口的排采總量，及時、準(zhǔn)確地掌握井口的動態(tài)，對氣體和水的排采量發(fā)展趨勢過快的情況提前預(yù)警。
故障報警：當(dāng)RTU或在線監(jiān)測儀表發(fā)生故障時，系統(tǒng)便會自動發(fā)出故障報警信號。圖3 中石化熱電廠的圖標(biāo)描述的就是發(fā)生故障報警的情況。
4.5 數(shù)據(jù)安全性
RTU將采集到的數(shù)據(jù)立即發(fā)送到數(shù)據(jù)接入服務(wù)器，并存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，杜絕了因數(shù)據(jù)采集終端發(fā)生故障而導(dǎo)致丟失監(jiān)測數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，充分保證了數(shù)據(jù)的安全性。
并且，RTU也具備脫網(wǎng)運(yùn)行的能力，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)接入服務(wù)器發(fā)生故障時，首先系統(tǒng)會以聲光或短信報警的方式將報警信息通知系統(tǒng)管理員，它會將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總?cè)缓笞鳛?ldquo;歷史數(shù)據(jù)”暫存到存儲器中，待系統(tǒng)恢復(fù)正常后，將緩存的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)接入服務(wù)器。
數(shù)據(jù)安全性的另外一方面表現(xiàn)在，系統(tǒng)RTU的接入作了嚴(yán)格的身份認(rèn)證，杜絕系統(tǒng)安全隱患。
另外在數(shù)據(jù)傳輸和處理過程中采用校驗(yàn)和加密算法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性。
4.6 豐富的統(tǒng)計分析功能
從多種角度和層面來統(tǒng)計分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供全面的報表和統(tǒng)計圖表。可以按轄區(qū)、按時間、按排采井種類等多種分類方式，生成統(tǒng)計報表和統(tǒng)計圖表。
具備核定排采井排采量發(fā)展趨勢的實(shí)時監(jiān)控、以及排采總量的統(tǒng)計與分析等功能。充分體現(xiàn)總量控制的原則，為管理提供依據(jù)，為決策提供支持。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控中心的管理三個部分。其主要功能描述如下：
3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集
采集監(jiān)測數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的重要組成部分，是獲取原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的主要途徑。這部分功能的實(shí)現(xiàn)完全依靠GPRS 數(shù)據(jù)采集終端（以下簡稱”RTU”）。
在現(xiàn)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(jiān)測現(xiàn)場的各種指標(biāo)。RTU與傳感器和變頻器連接，并將監(jiān)測儀表的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、匯總、存儲。
3.2 數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)傳輸部分是公司和排采井之間通訊的橋梁，它完成了監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸功能。通過GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊需要到中國移動去辦理GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前，GPRS 已經(jīng)在全國范圍內(nèi)開通，具體辦理細(xì)節(jié)以及相關(guān)資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)請咨詢當(dāng)?shù)匾苿泳W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商。
3.3 總公司監(jiān)測
只有將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時地傳送到監(jiān)測中心，才能實(shí)現(xiàn)對排采井的實(shí)時監(jiān)測。完成這部分功能的核心是“數(shù)據(jù)接入服務(wù)器”（或者服務(wù)器集群）。如圖1 所示，數(shù)據(jù)接入服務(wù)器安裝在總公司的局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。
數(shù)據(jù)接入服務(wù)器是指裝有遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)軟件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其職責(zé)是與各個安裝在排采井現(xiàn)場的GPRS 數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（如接收各個GPRS數(shù)據(jù)采集終端上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)；向指定的GPRS 數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送采集控制指令等）
“數(shù)據(jù)接入服務(wù)器”接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)需要保存，完成數(shù)據(jù)存儲功能的核心是“數(shù)據(jù)庫服務(wù)器”。如圖1 所示，系統(tǒng)中配備有專用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
為了提供遠(yuǎn)程或者移動訪問的能力，系統(tǒng)還需要配備“WEB 服務(wù)器”。系統(tǒng)的三個主要組成部分“監(jiān)測數(shù)據(jù)采集”，“數(shù)據(jù)傳輸”、“總公司監(jiān)測”協(xié)同工作，建立起監(jiān)控中心到各個排采井的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測功能。
4. 系統(tǒng)特點(diǎn)
4.1 統(tǒng)一的監(jiān)測平臺
系統(tǒng)在設(shè)計上采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，兼容絕大部分國產(chǎn)、進(jìn)口的在線監(jiān)測儀表。另一方面系統(tǒng)涵蓋了在線監(jiān)測的多種應(yīng)用，包括水位在線監(jiān)測；壓力在線監(jiān)測；地下水或氣體流量監(jiān)測；變頻監(jiān)測；起停、報警監(jiān)測等。下以環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)軟件為例：
