东北石油大学 黑龙江大庆市 163000
摘要：采气井安全生产预警系统是一套科学的生产参数远程监控与安全生产预警信息化管理平台，通过它能够实现对采气井生产实时状态的监控，掌握实时生产信息、合理调配天然气资源；还可以通过这些参数实时了解生产设备的运行状况，及时预警存在的故障和问题，同时系统平台的应用，大大减少了人员和物力、财力的投入，保证了生产的安全，提高了工作效率。
关键词：采气井；安全生产；预警系统；研究分析
引言：系统能在确保系统运行有序、保密和系统的相对独立的情况下进行功能的分级授权，解决不同层次终端用户的使用和对数据的访问。该系统的人机界面简洁，清晰易懂，能在充分利用网络资源的同时，为采气生产和工作人员提供一个方便、快捷的生产管理工具。该系统的建成，将为采气生产的现代化建设打下一个坚实的基础。
1.系统功能设计
该系统是为了充分利用现有的无线技术及网络资源，同时也是为了满足社会发展的需要，实现安全生产过程自动化、现代化化而开发的一套采气安全生产预警管理平台，它具有以下的功能：
1、安全预警： 2、数据采集3、数据上传4、开门检测5、电瓶电压6、短信查询7、远程设置8、串口设置9、安全控制10、内、外网协同11、数据浏览12、数据查询13、曲线浏览14、历史曲线15、系统设置16、人员管理17、报表管理
2.系统的工作原理
无线远程采集控制器大多工、作在无电网覆盖的地区，控制器取电使用了太阳能电池板与电瓶配合供电的方式，并采用一系列电源供给保证方案。在光线充足时使用太阳能电池板对控制器进行供电，控制芯片会对电瓶电量进行实时检测，如果发现此时电瓶电量不足，则会开放电瓶充电电路给电瓶充电。当光线不足时系统自动切换为电瓶供电。为保证控制器在恶劣气候条件下常期正常工作，系统在必要时会关闭高能耗模块及未工作模块的电源，以保证控制器能耗降到最低，达到恶劣气候条件下正常工作4～7天的目标。
为保证控制器在超低温下可以正常工作，控制器主要模块旁边附有温度传感器及加热模块儿，当控制器相关模块工作环境温度逼近模块工作极限温度时，控制器打开相应加热模块，保证相关模块正常工作，提高了控制器对超低温的适应能力。
控制器通过压力变送器与温度变送器对采气井的相关设备工作条件实时测量，变送器输出4~20mA电流信号，控制器可以对多达八路的模拟信号进行采集，并把模拟信号转化为数字信号。
控制器每间隔五分钟控制器会对输入信号进行一次采集，间隔十五分钟上报一次井口的实时信息。数据上报时，控制器把前面采集到的信息先进行TCP/IP协议打包，而后通过GPRS方式发送给到移动运营商的服务器中，并在该服务器中解包，通过互联网把TCP/IP协议包发送到相应服务器上，最终在终端服务器上对数据包进行解包并把信息进行整理保存到数据库中，以便通过系统管理平台对参数信息进行各种操作和管理。
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信息采集以后，如果发现压力超过50Mpa，温度小于-40℃或大于120℃，控制器会缩小上报数据的间隔，持续向服务器上报井口信息，系统管理平台会对异常的数据以红色标注显示警告，提示当前采气井有异常情况发生，以便相关人员尽快采取安全防范措施。
为了方便实时对采气井情况进行查询，用户可通过设置的权限手机向控制器拨打电话，控制器会在信号连通后主动切断电话通信，并对手机信息进行验证，然后向符合验证条件的服务手机以短信方式发送采气井当前参数信息及环境温度，整个过程仅需拨打相关控制器的手机号，且除短信外不会产生任何话费。
控制器自带一个实时时钟系统，在系统初始化时设置好系统的实时时钟。而后系统在进行信息采集时，都会对信息采集的时间点进行记录，并在信息上传或回复时把采样时间信息一起上传给服务器。同时系统管理平台具有对控制器时钟校对功能，当控制器的时钟和服务器的时钟相差超过五分钟时，服务器会通过反馈，给控制器时钟校对信号，进行控制器时钟的校对工作。
3.关键技术
3.1太阳能电池板与电瓶联合供电及电源管理
采集控制器工作在无电网覆盖的环境，系统采用了太阳能电池板与电瓶相结合的供电方式。实时检测电瓶电量，如果电瓶电量不足，且太阳能电池板除给控制器供电外还有富余能量，则开始给电瓶充电，以保证太阳能电池板供电能力不足时电瓶可以维持控制器较长时间的正常运行。因为控制器电源能量有限，为使控制器能长时间在气候恶劣的条件下工作，控制器本身采用了一系列电源管理方案，在必要的时候关闭那些高能耗模块及待工作模块的电源。
3.2多通道A/D采样
控制器本身可对多达八路的模拟信号进行采集，采样精度为到12位，对压力及温度信号转换精度均达到1‰。
3.3高稳定性实时时钟。
控制器本身带有一个实时时钟，在控制器上电后，设置好控制器的实时时钟，而后控制器在进行信息采集的同时会记录信息采集的时间，并把信息采集时间作为采集信息的重要部分进行存储。
3.4短信与GPRS相结合的信息双向传输控制。
采集控制器使用通用的手机模块，利用我国覆盖面极广的手机通信网络，采用双向传输的方式进行数据的上报和控制设置。
在获取信息方面，采集控制器对采集的信息参数可以通过GPRS方式进行数据的上报，还可以通过向采集控制器拨打电话的方式，通过反馈的短信实时获取采集控制器采集的井口参数信息，增强了信息获知的时效性。
控制器参数设置方面，既可以利用计算机通过RS485接口进行设置，还可以通过手机以短信的方式向采集控制器发送设置命令，进行控制器的参数设置，同时通过系统管理平台进行控制器时钟的校正。
4 创新点
4.1太阳能电池板与电瓶联合供电及电源管理。使控制器可以在无电网覆盖的地域工作，且通过电源管理，使得太阳能电池板转化的电能得到高效利用，延长控制器在恶劣天气条件下的工作时间。
4.2模块工作环境温度自持系统。通过超低温环境自加热，使所有模块都能工作在超低温环境下，加大了控制器的温度适应范围。
4.3短信与GPRS相结合的双向信息传输。采集控制器不但可以通过GPRS加TCP/IP打包的方式向服务器上报采集的参数信息，也可以通过短信方式向拨打电话的手机终端下发实时的参数信息；同时还可以通过管理手机以及系统管理平台对控制器进行参数设置及时钟校正。
4.4突出信息采集及控制功能。控制器集成了8路A/D转换端口，同时端口也可以用于控制输入、输出。
论文作者:杨悦,李宏伟,汪佳茵,高良国
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/7
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