油田注水泵站在线监测系统

由于注水泵必须昼夜不停地开泵注水，为了保证注水泵站设备的正常运转，防止突发事件的发生，对注水泵进行状态参数检测非常必要。以往每台泵安装机械式压力表及涡轮式流量计，泵站工作人员必须时常在现场察看仪表读数;另外，由于没有报警功能，如果注水泵瞬时出现异常情况，工作人员不能及时发现问题，更不能预测异常问题的出现。

采用注水泵的自动化监测系统，可将注水泵各运行状态参数集中显示在中央控制计算机上，在线反映注水泵机组运行情况，减轻工作人员工作强度。同时，由于自动化监测系统具备自动报警及数据分析功能，能及时报告注水泵运行的故障情况及预测注水泵的运行趋势，提高了设备的运行完好率及运行效率。油田注水站自动监测系统一般可达到如下自动报警功能：(1)大罐水位过低或过高报警;(2)泵出口压力过高或进口压力过低报警;(3)泵体温度过高报警;(4)流量过大或过小报警;(5)工作电流、电压过大或过小报警;(6)干压(注：干压为所安装数台泵并联后的泵压，一般与各台泵的压差小于0.5MPa)过大过小报警。

对运行数据进行全自动数据采集、数据处理、数据记录和分析，打印年、月、日等各种报表，实现科学管理，包括：(1)日、班注水量;(2)日平均耗电量;(3)注水泵效率;(4)大罐水位;(5)注水泵累计运行时间;(6)各种数据的报表。

所有监测数据都显示在值班室计算机上，实现所有设备的监测显示;而且，在控制台LED显示模块上显示注水泵的重要测试参数，实现双保险。

在设备运行状态监测系统中，主要分为集中式监测和分布式监测两种形式。集中式监测系统是一种传统式的监测系统，就是将每一个传感器分别用一条电缆引入到采集控制室的数据采集器和计算机上，实现集中式采集与控制，这种监测系统适用于设备比较集中、传输距离短(不超过100m)的场合。其优点是便于集中统一监测与控制，并且投资少。缺点是需要使用大量的信号电缆，引线长，干扰大。

分布式监测系统就是对集中式监测系统进行合理的分解，形成单回路、多回路分散控制与集中监视操作相结合的分布式的体系结构，具体就是在传感器较为集中处安置一智能化数据采集模块(一般置于设备旁边)，实现现场数据采集、数据处理、误差修正补偿、现场控制报警，同时，各个智能化数据采集模块，将有用数据转换为数字信号，再通过一条公共的网络线(如双绞线、光缆或无线电方式)传输到控制室计算机实现集中监视，同时实现数据的保存、处理、报表等多方面的功能。这种方式具有以下特点：

(1)采用串行数字化传输数据，大大提高了系统的可靠性、精确度和抗干扰能力，同时也延长了数据传输距离(可达数公里)。

(2)由于采用公共网络线传输数据，因而大量削减了现场设备与控制室之间一对一连接导线，节省了昂贵电缆线费用，以及电缆安装和维护费用。

(3)实现设备检测与控制信息的就地采集、就地处理、就地使用、就地控制，而控制室里的计算机及仪表装置主要完成数据处理、诊断分析、监督控制、优化控制、协调控制和管理自动化。

(4)安装维修调试简便，监测现场设备装置均采用并行连接，各个端口核对工作量少，并且每台设备对应监测装置各自独立，互不干扰，保证了安装维修简便，也避免了维修时全部设备停止运行，影响整个系统。

(5)可扩展性好，若要增加监控数量，只需增加相应传感器及数采模块再并行挂接到电缆上即可，而不需再架设新电缆。

二、应用

胜利油田有限公司纯梁采油厂纯五注水站共有10台三柱塞泵，担负着日注水1200m3的任务。2000年纯梁采油厂与上海测控技术研究所合作，在纯五注水站应用了现场分布式在线监测系统。

1.测试点分布

纯五注水站共有两个泵房，10台注水泵，另有3个储水罐，一个分水干压房。根据注水泵现场情况，通过分析论证，确定如下监测点。

(1)单台注水泵的参数监测：注水泵进口流量、进口压力(2个测点);注水泵出口压力(1个测点);泵体温度(1个测点);电机线电压、3个相电流(4个测点)。

(2)大罐、缓冲罐水位(2个测点)。

(3)干压(1个测点)。

(4)总电压、总电流(2个测点)。整个注水泵站的测点数为85个。

2.监测系统硬件

由于往复式柱塞泵输出压力大，振动大，故对传感器选择要求较高。针对这一情况，采用如下传感器。

(1)进出口压力为MSC300系列压力传感器。

(2)流量传感器采用LDG一S电磁流量计。

(3)温度传感器采用WZP一015S、PT100热电阻及SBWZ热电阻温度变送器。

(4)电流、电压传感器为WB系列电量隔离传感器。

每台泵安装1个电压传感器、3个电流传感器，用于测量每台泵的供电线电压及3个相电流。为了不改变电源控制箱原来的结构，将电流传感器的输入端与电源控制箱内的电流互感器输出端相连，电压传感器输入端直接与电源控制箱内的电压输出端相连，电流、电压传感器安装于数据采集箱内，传感器输出端与数据采集模块相连。

在每两台注水泵之间安装一只数据采集控制箱，每个控制箱内安装3块ADAN一4017数采模块，分别采集两台泵的测量参数：三相电流信号(6个参数)，线电压信号(2个参数)，注水泵进口压力(2个参数)，出口压力(2个参数)，进口流量(2个参数)，泵体温度(2个参数)。另外预留8个测量通道，供以后数据采集所用。各模块通过RS一485总线相连形成工业网络，并接入工业计算机，集中采集处理数据。

纯五注水站自动监测系统操作台由工业计算机及LED显示模块组成。工业计算机通过RS一485总线与各数据模块相连，采集、处理注水泵上各传感器的输出信号，工作人员通过操作监测系统软件，实时监测整个泵站运行状况，并记录当天运行状态参数，形成报表，供操作人员打印、保存。LED显示模块用于轮流显示单台泵测量参数及大罐液位、缓冲罐液位及总电流总电压测量值。如测量值超过预先设置的上、下限，则显示模块出现声、光报警。

3.监测系统软件

(1)全站监测。通过全站监测，可以了解到全部注水泵的设备运行状态以及大罐水位、缓冲罐水位、总电压、总电流、干压、报警上下限、当前运行的日期时间等参数。

(2)单台泵监测。提供各台注水泵的状态参数：进口流量、进口压力、泵体温度、出口压力、电机电压及电机的三相电流。

(3)趋势监测。趋势曲线显示注水泵最近几分钟内进口压力、进口流量、泵体温度、出口压力的变化趋势。

(4)参数设置。包括通讯及监测设置、设置报警点两项。通常情况下，这两项均不须设置，系统以缺省形式自动处理。当确实需要修改或软件设计人员更改才需用到这两项功能。

(5)报表自动输出打印系统。值班人员可在交接班时选定姓名，在按[自动报表]按钮后，可自动生成报表并按要求打印。

该系统已于2002年3月投入正常使用，运行状况良好。该系统能够对全站10台泵机组的运行状况随时进行监测和故障报警，自动录取资料，避免了人为因素造成的各种误差，同时，也减轻了工人的劳动强度。