固井水泥車實(shí)時(shí)監(jiān)測與集中控制系統(tǒng)的研發(fā)

王軍鋒

摘 要：該文介紹并研發(fā)了一種DAU固井實(shí)時(shí)施工數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置可實(shí)時(shí)采集不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的各施工水泥車在固井施工過程中的工作參數(shù)，將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)后，上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，施工指揮人員和監(jiān)督人員可以隨時(shí)掌握關(guān)鍵參數(shù)及各個(gè)施工環(huán)節(jié)的工作狀況，確保固井施工的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：固井;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集;水泥車;固井施工

在石油工業(yè)的固井工程中，對(duì)于水泥漿的泥漿密度、泥漿流量、泥漿流速;清水的流量、清水總量、清水液位;泵排量、泵總量、泵壓力等固井水泥車施工參數(shù)，由現(xiàn)場傳感器收集并直接上傳到PLC（可編程邏輯控制器），經(jīng)過PLC處理后由交換機(jī)傳送到觸摸屏及遠(yuǎn)程控制電腦，系統(tǒng)PLC程序?yàn)椴豢勺x狀態(tài)，即不能直接通過PLC獲取這些施工參數(shù)的地址，不能直接獲取施工參數(shù)的原始數(shù)據(jù)及傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)，不同生產(chǎn)廠家所制造的水泥車所用的控制系統(tǒng)不同，數(shù)據(jù)采用的協(xié)議不統(tǒng)一，造成施工數(shù)據(jù)無法在一個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)顯示。

技術(shù)方案

DAU固井實(shí)時(shí)施工數(shù)據(jù)采集裝置，包括外殼，外殼的內(nèi)部設(shè)置有主控CPU，所述的主控CPU上連接有數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊和擴(kuò)充端口，所述的擴(kuò)充端口設(shè)有兩個(gè)，分別為Com通訊接口和CAN通訊接口，Com通訊接口與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通訊，CAN通訊接口與固井施工現(xiàn)場設(shè)備連接。

所述的通訊模塊包括以太網(wǎng)通訊模塊、無線通訊模塊及GPRS模塊，太網(wǎng)通訊模塊以有線方式將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器;無線通訊模塊內(nèi)置WIFI網(wǎng)絡(luò)模組，通過無線局域網(wǎng)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器;GPRS模塊通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

數(shù)據(jù)采集功能：可以采集3路模擬量和2路脈沖數(shù)字量，分別用于采集密度、壓力和排量信號(hào);

Com通訊接口：標(biāo)準(zhǔn)RS232串行通訊口，備用于與外部設(shè)備通訊，如可編程控制器、計(jì)算機(jī)等;

CAN通訊接口：標(biāo)準(zhǔn)CAN總線接口，用于擴(kuò)展連接CAN總線設(shè)備，如儀表、控制器等。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)容量為8MBytes，EEPROM，SPI通訊方式，用于存放所采集的工程數(shù)據(jù);

實(shí)時(shí)時(shí)鐘：型號(hào)為DS3231，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供精確時(shí)間數(shù)據(jù);

無線通訊功能：采用無線通訊模塊，實(shí)現(xiàn)無線wifi功能，用于現(xiàn)場采集客戶端連接DAU進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集;

Gprs通訊功能：通過Gprs模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器;

以太網(wǎng)通訊功能：用于現(xiàn)場采集客戶端以有線方式接入DAU進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集;

電源模塊：將車輛電源系統(tǒng)進(jìn)行降壓、穩(wěn)壓處理后為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng);

單車采集

實(shí)現(xiàn)單輛固井水泥車的現(xiàn)場和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)保存到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)暫存本地，后期可上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。顯示參數(shù)數(shù)值的同時(shí)繪制參數(shù)曲線，并可根據(jù)錄入的作業(yè)調(diào)度和固井設(shè)計(jì)信息繪制設(shè)計(jì)曲線，形成對(duì)比。模塊主要功能說明表見表1。

單井采集

實(shí)現(xiàn)多輛固井水泥車同時(shí)在一口井施工時(shí)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)保存到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，根據(jù)選定的井號(hào)同時(shí)顯示多車參數(shù)以及合并參數(shù)，繪制曲線。模塊主要功能說明表見表2。

水泥車遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)的功能

平臺(tái)柴油機(jī)和底盤發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、加速、減速和停車;變扭器檔位變換;水泥漿密度調(diào)節(jié)與控制;高壓旋塞閥開啟與關(guān)閉;低壓閥門開啟與關(guān)閉;水柜水位顯示與控制;下灰閥門打開與關(guān)閉。

遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)潛水泵的遠(yuǎn)程供水操作和控制。配備潛水泵及遠(yuǎn)程控制箱一套，潛水泵控制箱防塵防水，通過現(xiàn)場供電給潛水泵供電，通過無線遠(yuǎn)程控制潛水泵的起停，實(shí)現(xiàn)外供水的遠(yuǎn)程控制。該控制接上供電電纜及潛水泵控制電纜，并連接管線，即可使用。同時(shí)，在控制系統(tǒng)增加自動(dòng)控制計(jì)量罐液位功能，根據(jù)計(jì)量罐液位情況，自動(dòng)控制潛水泵啟停，控制計(jì)量罐供水。

現(xiàn)有的固井施工工藝流程中，所配置的車輛及井口附件全為人工操作方式，只能在平臺(tái)上觀測單臺(tái)水泥車的底盤發(fā)動(dòng)機(jī)、平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)以及變扭器的參數(shù)，施工數(shù)據(jù)、井口流量、壓力、密度等關(guān)系固井工藝流程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，無法集中監(jiān)測、集成控制，同時(shí)由于配套作業(yè)的自動(dòng)化程度較低，施工人員無法脫離高壓作業(yè)區(qū)。

結(jié)論與認(rèn)識(shí)

研制了DAU施工數(shù)據(jù)采集裝置，可以采集各種生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的水泥車在固井施工過程中的工作參數(shù);開發(fā)施工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，可遠(yuǎn)離高壓區(qū)對(duì)施工數(shù)據(jù)及異常情況進(jìn)行監(jiān)控;應(yīng)用了工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，技術(shù)人員和監(jiān)督人員可通過工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)固井施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控;研制國內(nèi)第一臺(tái)集成了水泥車遠(yuǎn)程集中控制、施工數(shù)據(jù)采集和傳輸、視頻監(jiān)控系統(tǒng)與視頻會(huì)議等功能的固井儀表車，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥車的集中控制和現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使作業(yè)人員、監(jiān)控人員、指揮人員脫離高壓作業(yè)區(qū)。