油田数字化自动控制系统
随着电子技术和通信技术的发展，“数字化油田”建设已取得了丰硕的成果，为油田节能降耗做出了重大贡献。
数字化是将复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再为这些数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列代码，引入计算机内部，进行统一处理。
由于石油开采的主要设备大量分布在野外或海上。采油单井和井排都比较分散。为了提高采油效率，保障安全生产，需要采集各个井、站、管线等生产基本单元的设备工作过程实时数据，如温度、压力、流量、油罐的液位和储油量、电压、电流、示功图等。为了使采油厂的生产管理调度部门及时掌握一线生产情况，必须将数据及时上传。但工作现场环境恶劣，无法昼夜值守，又无通讯线路，因此，给生产管理带来极大不便。“油井数字化自动控制系统”是我公司针对油田采油区的实际情况，精心打造的有杆泵远程遥测、自动控制管理系统。本系统具有安全可靠、操作简单、维护方便，可适应恶劣环境等特点。为油田公司节省大量的人力物力，大大提高油田的生产效率。
本系统软件、硬件均为我公司自主研发、生产，应用嵌入式设计模式。系统由CEYC-J4集散控制器、通讯系统、软件系统三部分组成。系统结合了采油工程技术、自动化仪表技术、通信技术和计算机技术，具有油井自动控制、实时示功图、压力、温度、电参数等数据采集、液量计量和历史数据查询等功能。系统能够在无人值守的情况下实现油井的远程实时监控，实现完整的生产数据统计分析，及时掌握油井
的动态变化，提高油田生产效率，保证安全生产，增加经济效益。
系统集计算机软件技术、网络技术、无线通信技术、数据采集、控制、存储技术及先进的传感器技术术为一体。人性化界面设计，能迅速定位至各个关键界面，相关界面采用分级操作机制，方便员工进行操作。
一、系统结构
整个系统从整体上可分为三个部分：1、监控中心（上位机部分）。2、通信网络部分（采用GPRS和ZigBee相结合的方式）。3、现场采集、控制部分（下位机部分）。
1.1、 GPRS技术及其特点
GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提
供TCP/IP连接，可以用于Internet连接、数据传输等应用。它采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS能将数据打包发送，允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，只有在资料需要传送时才会占用频宽，且传输时按量计价，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输，对于用户来说比较经济合理。在本系统中使用GPRS技术传输，实现数据分组发送和接收。能永远在线并且只按传输流量计费，较大幅度地降低服务成本。
1.2、 ZigBee技术及特点
ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点：
低功耗：这是ZigBee的一个显著特点。由于工作周期短、收发信息功耗较低、以及采用了休眠机制，ZigBee终端仅需要两节普通的五号干电池就可以工作六个月到两年。
低成本：协议简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZigBee的成本，而且ZigBee协议是免专利费的。
时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。
数据传输的可靠性由于ZigBee采用了碰撞避免机制，同时为需
要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，从而避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，保证了节点之间传输信息的高可靠性。
2、采集、自动控制
CEYC-J4集散控制器是基于单片机的嵌入式智能仪表，它集自控、数/模采集转化、无线通讯、自动对时的实时时钟为一体。是我公司最新型号的智能控制仪表之一。
（控制器端子图）
现场采集单元：
1、 载荷、位移。采用载荷、位移一体化便携式传感器。
载荷测量范围为：0-150KN，灵敏度1.0mv/v±0.1%； 位移误差：m±0.5%。通信方式：GPRS或ZigBee无线传输。 2、 井口压力：油压、套压、温度。（有线或无线） 3、 三相电压、电流、电功率等。
4、 储油罐液位、管线流量等。（有线或无线）
采集、控制部分安装在密闭的箱体内，达到防水、防尘的效果。操作分为本地操作和远程操作：专业人员可在现场用便携式电脑对设备进行设置，也可通过远程无线通信完成设置。其职能控制部分根据现场电网情况而定。
（采集部分示意图） 3、上位机（软件部分）
本软件是针对油田生产而开发的集数据采集显示、数据分析存储、超限报警、辅助管理、WEB发布功能的专用一体化系统。系统设计遵循“简单实用、经济高效”的原则，软件自动化程度高，实时采集、实时计算、实时发布。系统实现了油井生产的自动控制、油井历史数据的查询和油井运行监控，油井生产状况、功图、产液量曲线展示，实现单井生产信息的数字化处理。油井的示功图、产液量、压力等生产数据可以随时提取，管理人员可以及时发现油井的异常情况并采取措施。
软件系统的设计以简化地面计量流程和提高系统效率为目标，是
油田数字化自动采油控制系统
