大數(shù)據(jù)背景下抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與運行

大數(shù)據(jù)，從字面上來理解，它是超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)軟件工具承接能力范圍的數(shù)據(jù)集合，它的數(shù)據(jù)規(guī)模更大、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)速度更快、數(shù)據(jù)類型更多元、價值密度更低。大數(shù)據(jù)的運行主要是對已經(jīng)接受的數(shù)據(jù)進行再操作，如辨析、抓取、分類等。通過大數(shù)據(jù)的分析，可以促成更強的決策能力、洞察力和最佳化處理。在當今大數(shù)據(jù)背景下，世界上百分之九十八的工作運轉(zhuǎn)都與它有關(guān)。例如今天所說的抽油機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，抽油機的的工作原理是比較繁瑣的，它需要動力機提供動力，然后將減速機把動力機的高速轉(zhuǎn)動變化成抽油機曲柄的低速旋轉(zhuǎn)，同時曲桿-連桿-游梁機構(gòu)起作用，他把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槌橛蜋C驢頭的往復運動，這種往復運動是上下而行，從而帶動深井泵工作，上行時驢頭懸點提起抽油桿，讓抽油桿抽出液體，即可抽出油。然后下行，反復上下而行，即可源源不斷地抽出油。但是如果抽油機沒有進行平衡，電動機的負載和耗能就會變得很大，也會降低抽油機的使用壽命?，F(xiàn)如今抽油機在世界范圍內(nèi)有很多種，所用技術(shù)也是各有不同，在抽油機的分類里人們大多都是根據(jù)抽油機的采油方式而分類，有桿類采油設(shè)備和無桿類采油設(shè)備，而前者又可分為抽油桿往復運動類和旋轉(zhuǎn)運動類，我國的抽油機大多都是屬于往復運動累抽油設(shè)備，這種設(shè)備在我國也有很多年的使用歷史，為我國的石油事業(yè)作出過巨貢獻，現(xiàn)在這種設(shè)備仍然在我國所用。另外一類無桿類采油設(shè)備可分為電動液壓驅(qū)動類，氣舉采油設(shè)備和潛油離心泵，此類抽油機在我國使用較少。

1 抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

一般在油田有井的附近會安裝一臺計算機，這臺計算機負責油井數(shù)據(jù)的讀寫，查詢，分析處理，以及數(shù)據(jù)曲線的繪制，數(shù)據(jù)報表的打印。做好以上工作后，此計算機會將所處理好的信息，通過USB電路傳給微處理器，微處理器分三個，處理器一負責無線接收，數(shù)據(jù)存儲，由液晶顯示電路，鍵盤電路，日歷時鐘電路實施,微處理器二會將微處理器一所接收的數(shù)據(jù)進一步無線接收，并且存儲,然后再進一步傳給微處理器三,這三個微處理器所處距離不會太遠,采用近距離無線傳輸數(shù)據(jù)。在20世紀70年代中期，推出了一款集中分散型控制系統(tǒng)DCS，他是一位處理器為基礎(chǔ)的集中分散聲控系統(tǒng)。這款系統(tǒng)是油井中的抽油機數(shù)據(jù)采集的核心，自從推出這款系統(tǒng)后就一直在世界范圍所文明，并一直占有主導地位。

1.1 大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計原理

抽油機采集系統(tǒng)現(xiàn)目前大多都已無線數(shù)據(jù)采集 ，其中抽油機參數(shù)采集系統(tǒng)會對各種信息進行采集、運算、分析、并儲存。并且此采集系統(tǒng)也可智能的綜合各種有效的信息因素進行運算，并判斷。從而達到合理高效節(jié)能減排的采油目的。同時抽油機這種無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)還可以，對抽油機多種數(shù)據(jù)進行分析，例如油壓、套壓、回壓、功率，電流……并且可以根據(jù)此些數(shù)據(jù)作出圖像，全面的進行比較權(quán)衡，選出最合理最優(yōu)秀的方案。以上都是對抽油機系統(tǒng)軟件方面的分析和介紹。在抽油機的硬件方面也有很高的要求。例如抽油機是在油田工作，屬于露天狀況。所以在自然情況下，大自然的陰晴雨雪都會影響抽油機的工作，所以抽油機的設(shè)計要從抗干擾、溫漂、穩(wěn)定性、可靠性的一些方面去設(shè)計。與此同時，制造因為抽油機的成本較大，有些不法分子會對抽油機打歪主意，因此抽油機的設(shè)計也要是防盜，防破壞的。抽油機采集系統(tǒng)的運行是非常嚴密的，它主要由三階段構(gòu)成。最基本的一步就是前端信號采集模板，他主要負責前端信號的采集收集及其簡單處理，通過簡單的處理后再傳送給數(shù)字隔離模塊，再通過中間一系列復雜步驟，最后傳送到控制及主站顯示。

1.2 大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計模式

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大概有第一層控制中心，第二層工作站，巡檢儀，傳感器，及各個生產(chǎn)區(qū)組成。低層控制中心是屬于生產(chǎn)管理級，第二層工作站屬于監(jiān)控級，而生產(chǎn)區(qū)巡檢儀和傳感器一些小部件是在過程控制中起作用，所以說巡檢儀，傳感器，生產(chǎn)區(qū)屬于過程控制級。這里最基本的就是各個生產(chǎn)區(qū)，因為抽油機都是在各個生產(chǎn)區(qū)中工作。這三個城市構(gòu)成了油井生產(chǎn)管理，并且此系統(tǒng)是分層控制結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通過控制多個控制卡及其子系統(tǒng)模板組成的過程裝置控制級來間接掌握信息，傳送數(shù)據(jù)。大概的分層結(jié)構(gòu)去下：各個生產(chǎn)區(qū)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或者是巡檢儀傳送到第二層工作站也就是監(jiān)控級，而生產(chǎn)區(qū)將數(shù)據(jù)傳送到傳感器和巡檢儀的過程成為過程控制級，而扮演監(jiān)控級的第二層工作站可同時管理巡檢儀和傳感器兩部分，收到的數(shù)據(jù)通過第二層工作站簡單處理即可通過網(wǎng)絡(luò)傳送到第一層中心控制室。每個油田都會有他自己的獨立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和布線系統(tǒng)，這個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同于平常我們使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只應(yīng)用于油田數(shù)據(jù)的傳送，這樣就更大程度的增加了數(shù)據(jù)傳送的安全性，通過此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可直接將油田產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到企業(yè)部門或者是相關(guān)的管理部門。此過程雖為繁瑣，但卻有條不絮。

2 抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行

抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行正如設(shè)計原理一樣，都是層層進行，步步傳遞。同樣，它的運行也離不開過程控制級，監(jiān)控級及生產(chǎn)管理級這三個層次方面。抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括油井數(shù)據(jù)的采集器，中間過程的傳感器，巡檢儀等元件，還包括第二層工作站及第一層中心控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行需要這三部都毫無差錯的進行實施，中間任意步驟出現(xiàn)差錯都會造成抽油機采集數(shù)據(jù)的缺失和差錯，然而如果真的出現(xiàn)差錯，將會帶來意想不到的麻煩，甚至造成重大的經(jīng)濟損失，同時還有可能對自然環(huán)境造成傷害。所以在抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行過程中要認真謹慎的對待每個過程，每個流程，一絲不茍的對待每個數(shù)據(jù)。同時在運行過程中要嚴格按照采集系統(tǒng)的應(yīng)有順序去實行，不可任意的將實行順序顛倒。

2.1 大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行機理

抽油機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以控制抽油機的運行，他能控制抽油機的生產(chǎn)，也能控制抽油機的運轉(zhuǎn)，同時還能監(jiān)控抽油機的運行數(shù)據(jù)及運行狀況。抽油機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用計算機網(wǎng)絡(luò)來獲取數(shù)據(jù)，抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行及功能主要是靠系統(tǒng)主機，過程機及其直接數(shù)字控制。同時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括多個子系統(tǒng)，如上文所述，它的各個子系統(tǒng)之間都有獨立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。各個系統(tǒng)互不干擾，互不影響，獨立運轉(zhuǎn)。另外，此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還有空抽控制的功能，不僅可以節(jié)約大量的能量，同時還可以延長抽油機的使用壽命，為國家節(jié)省大量的資源。抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是在報表，數(shù)據(jù)及綜合運用等功能模塊起到它最大的作用，另外，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過信息采集網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，擴大數(shù)據(jù)采集的復蓋范圍，提高審核工作的全面性、及時性和準確性，這也是油田工作數(shù)據(jù)如此之嚴密的原因。與此同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)擁有各種智能儀表和各種傳感器、控制器，其中傳感器和各種智能儀表構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測量控制級，而控制器構(gòu)成了油田的生產(chǎn)系統(tǒng)操作級，有的生產(chǎn)操作級不利用控制器而是選擇pcl為核心下位機，與其相對應(yīng)的，同時具有網(wǎng)絡(luò)功能的上位機便為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的監(jiān)控級做出貢獻。這些控制級別相互關(guān)聯(lián)，有同時與監(jiān)測站相連，層層相連，步驟嚴密。

2.2 大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行優(yōu)點

抽油機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作如此嚴密，相對應(yīng)，它的作用也是相當巨大，一個關(guān)鍵的作用就是通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)定，在抽油機運行中，上下載荷出現(xiàn)超限低限的問題都會自動停機，從而保證抽油機井的安全生產(chǎn)，避免不必要的損失。另外就是抽油機的系統(tǒng)可靠性，想要提高系統(tǒng)的可靠性，就要提高系統(tǒng)設(shè)備的性能和安全，而要提高系統(tǒng)設(shè)備的性能和安全，就要了解該系統(tǒng)的一些儀器的實際指標，包括溫度，流量，最重要的是壓力。這些壓力溫度和流量的值會被設(shè)備的采集和傳感器作為電信號所讀取。而壓力測量的信號采集大多數(shù)所用的都是應(yīng)變式壓力傳感器，這種傳感器的精度較高，一般在百分之零點二到百分之零點三，電壓一般控制在0到5伏。至于溫度，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般會采用半導體集成溫度傳感器AD59kh，此傳感器是美國的AD公司所設(shè)計生產(chǎn)的，這款溫度的傳感器會輸出標準化的線性電流，這些線性電流又會轉(zhuǎn)化為電信號被傳感器所讀取，取出其中電流的脈沖信號，將電信號數(shù)字化，變?yōu)槿藗兛衫斫獾臄?shù)據(jù)，由上可知，我們可以減少非正常電信號對設(shè)備的線性電流脈沖信號沖擊，來減少系統(tǒng)的硬件損失，延長硬件的使用壽命。另外，抽油機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會有數(shù)字I/O隔離模板，這樣的話，傳感器會將模擬信號變換成數(shù)字信號，變?yōu)閿?shù)字信號后就可以在電腦上被cpu收集和處理，A/D轉(zhuǎn)換為12位精度的轉(zhuǎn)換模板。有了這個處理，就可以避免電流轉(zhuǎn)換的輸送單元與強電流直接相觸，強電流直接入侵Al模板，而損壞Al模板，造成故障，這樣中間的電信號沒有被數(shù)字化，很多負責收集的控制級主站也就收不到收據(jù)信號的這一現(xiàn)象。

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