大數(shù)據(jù)背景下抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

大數(shù)據(jù)，從字面上來(lái)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(jià)值密度更低。大數(shù)據(jù)的運(yùn)行主要是對(duì)已經(jīng)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行再操作，如辨析、抓取、分類等。通過(guò)大數(shù)據(jù)的分析，可以促成更強(qiáng)的決策能力、洞察力和最佳化處理。在當(dāng)今大數(shù)據(jù)背景下，世界上百分之九十八的工作運(yùn)轉(zhuǎn)都與它有關(guān)。例如今天所說(shuō)的抽油機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，抽油機(jī)的的工作原理是比較繁瑣的，它需要?jiǎng)恿C(jī)提供動(dòng)力，然后將減速機(jī)把動(dòng)力機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變化成抽油機(jī)曲柄的低速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)曲桿-連桿-游梁機(jī)構(gòu)起作用，他把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)驢頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)是上下而行，從而帶動(dòng)深井泵工作，上行時(shí)驢頭懸點(diǎn)提起抽油桿，讓抽油桿抽出液體，即可抽出油。然后下行，反復(fù)上下而行，即可源源不斷地抽出油。但是如果抽油機(jī)沒(méi)有進(jìn)行平衡，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和耗能就會(huì)變得很大，也會(huì)降低抽油機(jī)的使用壽命?，F(xiàn)如今抽油機(jī)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(jī)的分類里人們大多都是根據(jù)抽油機(jī)的采油方式而分類，有桿類采油設(shè)備和無(wú)桿類采油設(shè)備，而前者又可分為抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)類和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類，我國(guó)的抽油機(jī)大多都是屬于往復(fù)運(yùn)動(dòng)累抽油設(shè)備，這種設(shè)備在我國(guó)也有很多年的使用歷史，為我國(guó)的石油事業(yè)作出過(guò)巨貢獻(xiàn)，現(xiàn)在這種設(shè)備仍然在我國(guó)所用。另外一類無(wú)桿類采油設(shè)備可分為電動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)類，氣舉采油設(shè)備和潛油離心泵，此類抽油機(jī)在我國(guó)使用較少。

1 抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一般在油田有井的附近會(huì)安裝一臺(tái)計(jì)算機(jī)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)油井?dāng)?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(bào)表的打印。做好以上工作后，此計(jì)算機(jī)會(huì)將所處理好的信息，通過(guò)USB電路傳給微處理器，微處理器分三個(gè)，處理器一負(fù)責(zé)無(wú)線接收，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，由液晶顯示電路，鍵盤電路，日歷時(shí)鐘電路實(shí)施,微處理器二會(huì)將微處理器一所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)一步無(wú)線接收，并且存儲(chǔ),然后再進(jìn)一步傳給微處理器三,這三個(gè)微處理器所處距離不會(huì)太遠(yuǎn),采用近距離無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。在20世紀(jì)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(jī)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(dǎo)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(jì)原理

抽油機(jī)采集系統(tǒng)現(xiàn)目前大多都已無(wú)線數(shù)據(jù)采集 ，其中抽油機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)會(huì)對(duì)各種信息進(jìn)行采集、運(yùn)算、分析、并儲(chǔ)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(jìn)行運(yùn)算，并判斷。從而達(dá)到合理高效節(jié)能減排的采油目的。同時(shí)抽油機(jī)這種無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)還可以，對(duì)抽油機(jī)多種數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行比較權(quán)衡，選出最合理最優(yōu)秀的方案。以上都是對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)軟件方面的分析和介紹。在抽油機(jī)的硬件方面也有很高的要求。例如抽油機(jī)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(huì)影響抽油機(jī)的工作，所以抽油機(jī)的設(shè)計(jì)要從抗干擾、溫漂、穩(wěn)定性、可靠性的一些方面去設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，制造因?yàn)槌橛蜋C(jī)的成本較大，有些不法分子會(huì)對(duì)抽油機(jī)打歪主意，因此抽油機(jī)的設(shè)計(jì)也要是防盜，防破壞的。抽油機(jī)采集系統(tǒng)的運(yùn)行是非常嚴(yán)密的，它主要由三階段構(gòu)成。最基本的一步就是前端信號(hào)采集模板，他主要負(fù)責(zé)前端信號(hào)的采集收集及其簡(jiǎn)單處理，通過(guò)簡(jiǎn)單的處理后再傳送給數(shù)字隔離模塊，再通過(guò)中間一系列復(fù)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(jì)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(gè)生產(chǎn)區(qū)組成。低層控制中心是屬于生產(chǎn)管理級(jí)，第二層工作站屬于監(jiān)控級(jí)，而生產(chǎn)區(qū)巡檢儀和傳感器一些小部件是在過(guò)程控制中起作用，所以說(shuō)巡檢儀，傳感器，生產(chǎn)區(qū)屬于過(guò)程控制級(jí)。這里最基本的就是各個(gè)生產(chǎn)區(qū)，因?yàn)槌橛蜋C(jī)都是在各個(gè)生產(chǎn)區(qū)中工作。這三個(gè)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(gè)系統(tǒng)通過(guò)控制多個(gè)控制卡及其子系統(tǒng)模板組成的過(guò)程裝置控制級(jí)來(lái)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(gè)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(jí)，而生產(chǎn)區(qū)將數(shù)據(jù)傳送到傳感器和巡檢儀的過(guò)程成為過(guò)程控制級(jí)，而扮演監(jiān)控級(jí)的第二層工作站可同時(shí)管理巡檢儀和傳感器兩部分，收到的數(shù)據(jù)通過(guò)第二層工作站簡(jiǎn)單處理即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到第一層中心控制室。每個(gè)油田都會(huì)有他自己的獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和布線系統(tǒng)，這個(gè)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(gè)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(guò)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(guò)程雖為繁瑣，但卻有條不絮。

2 抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行

抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行正如設(shè)計(jì)原理一樣，都是層層進(jìn)行，步步傳遞。同樣，它的運(yùn)行也離不開(kāi)過(guò)程控制級(jí)，監(jiān)控級(jí)及生產(chǎn)管理級(jí)這三個(gè)層次方面。抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括油井?dāng)?shù)據(jù)的采集器，中間過(guò)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(yùn)行需要這三部都毫無(wú)差錯(cuò)的進(jìn)行實(shí)施，中間任意步驟出現(xiàn)差錯(cuò)都會(huì)造成抽油機(jī)采集數(shù)據(jù)的缺失和差錯(cuò)，然而如果真的出現(xiàn)差錯(cuò)，將會(huì)帶來(lái)意想不到的麻煩，甚至造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還有可能對(duì)自然環(huán)境造成傷害。所以在抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中要認(rèn)真謹(jǐn)慎的對(duì)待每個(gè)過(guò)程，每個(gè)流程，一絲不茍的對(duì)待每個(gè)數(shù)據(jù)。同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中要嚴(yán)格按照采集系統(tǒng)的應(yīng)有順序去實(shí)行，不可任意的將實(shí)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(yùn)行機(jī)理

抽油機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以控制抽油機(jī)的運(yùn)行，他能控制抽油機(jī)的生產(chǎn)，也能控制抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還能監(jiān)控抽油機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀況。抽油機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取數(shù)據(jù)，抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行及功能主要是靠系統(tǒng)主機(jī)，過(guò)程機(jī)及其直接數(shù)字控制。同時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括多個(gè)子系統(tǒng)，如上文所述，它的各個(gè)子系統(tǒng)之間都有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。各個(gè)系統(tǒng)互不干擾，互不影響，獨(dú)立運(yùn)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(shí)還可以延長(zhǎng)抽油機(jī)的使用壽命，為國(guó)家節(jié)省大量的資源。抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是在報(bào)表，數(shù)據(jù)及綜合運(yùn)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(guò)信息采集網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集的復(fù)蓋范圍，提高審核工作的全面性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性，這也是油田工作數(shù)據(jù)如此之嚴(yán)密的原因。與此同時(shí)，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(cè)量控制級(jí)，而控制器構(gòu)成了油田的生產(chǎn)系統(tǒng)操作級(jí)，有的生產(chǎn)操作級(jí)不利用控制器而是選擇pcl為核心下位機(jī)，與其相對(duì)應(yīng)的，同時(shí)具有網(wǎng)絡(luò)功能的上位機(jī)便為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的監(jiān)控級(jí)做出貢獻(xiàn)。這些控制級(jí)別相互關(guān)聯(lián)，有同時(shí)與監(jiān)測(cè)站相連，層層相連，步驟嚴(yán)密。

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

抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作如此嚴(yán)密，相對(duì)應(yīng)，它的作用也是相當(dāng)巨大，一個(gè)關(guān)鍵的作用就是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)定，在抽油機(jī)運(yùn)行中，上下載荷出現(xiàn)超限低限的問(wèn)題都會(huì)自動(dòng)停機(jī)，從而保證抽油機(jī)井的安全生產(chǎn)，避免不必要的損失。另外就是抽油機(jī)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(shí)際指標(biāo)，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(huì)被設(shè)備的采集和傳感器作為電信號(hào)所讀取。而壓力測(cè)量的信號(hào)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(diǎn)二到百分之零點(diǎn)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(huì)采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD59kh，此傳感器是美國(guó)的AD公司所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，這款溫度的傳感器會(huì)輸出標(biāo)準(zhǔn)化的線性電流，這些線性電流又會(huì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)被傳感器所讀取，取出其中電流的脈沖信號(hào)，將電信號(hào)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(hào)對(duì)設(shè)備的線性電流脈沖信號(hào)沖擊，來(lái)減少系統(tǒng)的硬件損失，延長(zhǎng)硬件的使用壽命。另外，抽油機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)有數(shù)字I/O隔離模板，這樣的話，傳感器會(huì)將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)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(gè)處理，就可以避免電流轉(zhuǎn)換的輸送單元與強(qiáng)電流直接相觸，強(qiáng)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(hào)沒(méi)有被數(shù)字化，很多負(fù)責(zé)收集的控制級(jí)主站也就收不到收據(jù)信號(hào)的這一現(xiàn)象。

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