Ron Mozer，EIPaso Field services公司，farmington；New Mexico；
Kevin Finnan，Bristol Babcock公司，watertown，Connecticut
EPFS公司正在完成一項(xiàng)為期3年的工程項(xiàng)目，利用最新的電子測(cè)量、無線電數(shù)據(jù)傳輸以及監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）技術(shù)，使美國(guó)西南部的San Juan，Permian和Anadarko盆地中的6,000個(gè)氣井和大約6,900英里的氣體采集管路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。
井場(chǎng)自動(dòng)化和遙測(cè)技術(shù)（WATT，Wellsite Automation and Telemetry Technology）工程項(xiàng)目的安裝于1994年春季開始，并且，按計(jì)劃應(yīng)在今年完成。
然而，在實(shí)時(shí)命令636系統(tǒng)中，要保證該項(xiàng)目的兩大主要目標(biāo)－測(cè)量和操作能更好地滿足客戶的需求并在后636系統(tǒng)商業(yè)環(huán)境具有競(jìng)爭(zhēng)力。把先前各自獨(dú)立的測(cè)量、通信和操作功能設(shè)備進(jìn)行組合以降低成本是決定該工程項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。
EI Paso Field Services （EPFS，）是EI Paso能源公司（以前的EI Paso 天然氣公司）的一個(gè)部門。該部門成立于1991年，專門從事氣體采集，并且，它是在San Juan、Anadarko和Permian盆地運(yùn)營(yíng)的國(guó)家最大的氣體采集商之一。該公司向生產(chǎn)者提供從氣源到干線的寬范圍的服務(wù)，包括：采集、產(chǎn)品提取、提純、壓縮以及信息服務(wù)。
San Juan系統(tǒng)包括：5,500英里的管路、9,200個(gè)測(cè)量點(diǎn)、超過42,000的現(xiàn)場(chǎng)壓縮馬力以及590 MMcfd（百萬英尺/日）的產(chǎn)品提取裝置。Anadarko和Permian系統(tǒng)包括：超過1,600英里的管路、超過800個(gè)測(cè)量點(diǎn)、9,000的現(xiàn)場(chǎng)壓縮馬力以及兩個(gè)純化裝置，其組合能力為290 MMcfd。
WATT工程項(xiàng)目。該項(xiàng)目可迅速響應(yīng)客戶的需求。WATT使鏈接到采集系統(tǒng)的生產(chǎn)者能夠訪問附近井場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，以及氣體測(cè)量數(shù)據(jù)。通過WATT，生產(chǎn)者能夠?qū)怏w進(jìn)行調(diào)度和示蹤、減緩失衡現(xiàn)象，還能夠監(jiān)視氣體流量、生產(chǎn)單位的故障和管路的凍結(jié)。
該項(xiàng)目通過提供對(duì)信息管理、安全和環(huán)境因素以及車輛和勞工的優(yōu)化，增強(qiáng)了氣體采集公司運(yùn)作效率。氣體采集公司能夠?qū)苈泛途趦鼋Y(jié)、儀器故障、應(yīng)急關(guān)止閥關(guān)閉和液體集結(jié)迅速做出反應(yīng)。
生產(chǎn)者能夠?qū)Ρ憩F(xiàn)不佳的井、池液位警報(bào)、放卸閥故障、罐液位警報(bào)、脫水器故障以及柱塞故障做出迅速的反應(yīng)。生產(chǎn)者認(rèn)為2.5小時(shí)之前的信息對(duì)于人員調(diào)度毫無價(jià)值，因此，及時(shí)的信息對(duì)生產(chǎn)者至關(guān)重要。正常情況下WATT系統(tǒng)提供約20分鐘以前的信息。
圖1 以前的測(cè)量?jī)x器是典型的在訂單636之前的工業(yè)慣例。
井場(chǎng)測(cè)量。在傳統(tǒng)的16天圖表測(cè)量處理的情況下，信息到達(dá)生產(chǎn)者手中是在測(cè)量月份起始日之后的第45天（圖1）。
為滿足636系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)則和生產(chǎn)者的要求，WATT提供了“每日?qǐng)D表”。使用新的儀器，公司每日都可完成產(chǎn)量報(bào)告，并且，允許生產(chǎn)者在一天之內(nèi)的任何時(shí)間，根據(jù)儀表進(jìn)行各種不同的更新（圖2）。WATT工程項(xiàng)目使用“電子圖表（EC，electronic chart）”、無線電以及太陽能電池/蓄電池供電系統(tǒng)。EC是一個(gè)數(shù)字氣體流量計(jì)算機(jī)，它包括：集成的DP、壓力和溫度傳感器。
該公司曾考慮過數(shù)字設(shè)備通過讀取當(dāng)前測(cè)量的DP、壓力和溫度的輸入值并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中可以仿真一個(gè)循環(huán)回路圖，但隨著一些能夠進(jìn)行完整的AGA氣體流量計(jì)算的設(shè)備的出現(xiàn)，最后，該公司選擇了氣體流量計(jì)算機(jī)來滿足EC的要求。該公司選擇Bristol Babcock作為EC的供應(yīng)商，并且，有兩種機(jī)型正在使用：AccuRate和TeleFlow。
每個(gè)EC以1秒或更小的間隔，對(duì)DP、壓力和溫度的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。以1秒的間隔執(zhí)行AGA3、AGA5和NX-19計(jì)算。以1分鐘的間隔執(zhí)行AGA8。EC還存儲(chǔ)追蹤日志和歷史信息，用于通過下列系統(tǒng)進(jìn)行顯示：
＊現(xiàn)場(chǎng)顯示器
＊膝上型計(jì)算機(jī)
＊SCADA網(wǎng)絡(luò)
現(xiàn)場(chǎng)顯示器是做在EC外殼上的液晶顯示器。使用者可對(duì)當(dāng)前的流量條件進(jìn)行排序，包括當(dāng)前測(cè)量的DP、壓力和溫度，以及象管子直徑和孔板尺寸這樣的流量常數(shù)。附加的序列包括：每千立方英尺的平均數(shù)的7天的流量歷史記錄；每天的靜態(tài)壓力；以及每小時(shí)的DP和壓力平均數(shù)的12小時(shí)歷史記錄。
膝上型計(jì)算機(jī)可通過專用的RS 232串口連接到EC。膝上型電腦使用者可訪問所有的可配置常數(shù)、35天的按小時(shí)記錄的流量歷史記錄、15分鐘的流量歷史記錄以及以帶狀圖格式顯示的實(shí)時(shí)的流量圖表。還可使用膝上型電腦對(duì)EC進(jìn)行校準(zhǔn)和配置，以及對(duì)任何當(dāng)前測(cè)量的和歷史的常數(shù)和變量值進(jìn)行顯示。
在SCADA網(wǎng)絡(luò)上，使用者能夠訪問當(dāng)前測(cè)量的DP、壓力、溫度以及流量，此外，還能夠訪問警報(bào)（蓄電池、超過上限、低于下限）、昨天的從7:00 a.m.到7:00 a.m.的產(chǎn)量，以及DP、壓力和溫度的15分鐘趨勢(shì)。
為了進(jìn)行廣域SCADA通信，該公司選擇了900MHz的無線系統(tǒng)。
圖2 該公司現(xiàn)在每天執(zhí)行產(chǎn)量報(bào)告并允許生產(chǎn)者在一天內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行各種更新。
它提供了最佳的運(yùn)營(yíng)區(qū)覆蓋范圍和最佳的性能價(jià)格比。該公司擁有無線電系統(tǒng)的基本設(shè)施，包括：無線電設(shè)備、電纜以及天線，并且，該公司還負(fù)責(zé)提供無線電系統(tǒng)的維修和備件。該公司認(rèn)為他們自己的無線電系統(tǒng)要比第三方的更加可靠。
所選的無線電設(shè)備是Microwave Data Systems（MDS）2310，該設(shè)備被批準(zhǔn)用于一類（Class I）、二度（Division 2）危險(xiǎn)區(qū)，并可滿足該工程項(xiàng)目的尺寸、功率和可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。
盡管有時(shí)可在工點(diǎn)獲得電源，但是該公司認(rèn)為還是EC自供電更合算。因此，選擇采樣蓄電池電源，并用太陽能電池板對(duì)其充電。全部公司運(yùn)營(yíng)區(qū)享用一個(gè)高的“日射能量”，即每天接收到的平均日照量。一塊小型Solarex太陽能電池板的發(fā)電功率為5瓦，能夠使EC和無線電設(shè)備可靠地運(yùn)行。實(shí)際上，設(shè)備的直接電源是Powersoic的7安培-小時(shí)蓄電池，并且由太陽能電池板對(duì)其連續(xù)充電。
集成電源系統(tǒng)和無線電設(shè)備是1995年邁出的具有重大意義的一步。在1994年期間，該公司已經(jīng)安裝了超過1,500臺(tái)EC設(shè)備，這些都是基于Bristol Babcock的AccuRate。雖然AccuRate包括內(nèi)部智能DP/P/T變送器，但是電源系統(tǒng)和無線電設(shè)備是獨(dú)立封裝的。在1995年，該公司開始安裝Bristol Babcock的TeleFlow計(jì)算機(jī)。因?yàn)門eleFlow將無線電設(shè)備和蓄電池包括在了EC的機(jī)殼中，因此，該公司節(jié)約了相當(dāng)可觀的安裝成本。
在上述兩種EC中，電源系統(tǒng)是作為集成組件提供的。該公司直接購買并安裝無線電設(shè)備。計(jì)算機(jī)已為無線電設(shè)備作好了匹配，包括所有的內(nèi)部電纜和電源連接。
SCADA部件。每個(gè)井場(chǎng)有一套集成組件，包括EC、無線電設(shè)備和電源系統(tǒng)（圖3）。SCADA主計(jì)算機(jī)位于新墨西哥Farmington的公司總部，并且包括16臺(tái)帶奔騰處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)。每臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)與375個(gè)EC設(shè)備接口，為EC設(shè)備總數(shù)的平均值。
San Juan盆地處于丘陵地帶，在該盆地中，有26個(gè)無線電塔覆蓋所有的井，每個(gè)無線電塔有一個(gè)主無線電設(shè)備。微波通信將該主無線電設(shè)備連接到SCADA主計(jì)算機(jī)。
在Anadarko和Permian盆地中，該公司安裝了較小的SCADA系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用單獨(dú)的一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)作為SCADA主計(jì)算機(jī)。
每臺(tái)SCADA主計(jì)算機(jī)都使用OpenBSI軟件，由該軟件執(zhí)行對(duì)EC設(shè)備的輪詢和通信功能。每小時(shí)一次，由OpenBSI調(diào)度程序在特定的時(shí)間對(duì)每個(gè)EC進(jìn)行輪詢，該時(shí)間對(duì)應(yīng)于EC的無線電設(shè)備的喚醒時(shí)間。該輪詢可請(qǐng)求流量、DP、壓力和溫度的瞬時(shí)值，以及15分鐘趨勢(shì)和昨天的產(chǎn)量。此外，EC將對(duì)任何的警報(bào)進(jìn)行報(bào)告。
WATT除具有操作系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)的功能外，還向操作員提供了顯示功能。該公司使用Intellution的FIX，該軟件可與OpenBSI進(jìn)行無縫的鏈接。雖然FIX“SCADA節(jié)點(diǎn)”是供操作人員使用的，但是，其他人員可對(duì)“觀測(cè)節(jié)點(diǎn)”進(jìn)行使用，包括市場(chǎng)交易中的人員、管路操作中的人員以及客戶中的人員。觀測(cè)節(jié)點(diǎn)是通過網(wǎng)絡(luò)連接到SCADA節(jié)點(diǎn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)。
圖3 每個(gè)井場(chǎng)具有與SCAD主機(jī)PCs通信的裝置，該裝置集成了電子圖表、無線電設(shè)備和電源系統(tǒng)。
今日的技術(shù)。首子母縮略詞WATT中“Technology（技術(shù)）”一詞值得特別加以注意。發(fā)展今日技術(shù)是該工程項(xiàng)目的關(guān)鍵。該公司考慮的主要方面包括：
＊集成傳感器
＊適用于危險(xiǎn)區(qū)的無線電設(shè)備
＊電源管理
＊安裝簡(jiǎn)便
在產(chǎn)品選擇方面的驅(qū)動(dòng)力是使設(shè)備如何共同達(dá)到上述條件的保證。
DP、壓力和溫度變送器的聯(lián)合成本很高。該公司發(fā)現(xiàn)，帶有集成傳感器的EC的成本只是由氣體流量計(jì)算機(jī)和單獨(dú)的DP、壓力及溫度變送器組成的EC的成本的一半。再乘以6,000個(gè)設(shè)備，成本的節(jié)約是相當(dāng)可觀的?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試顯示的EC的輸入測(cè)量性能與智能變送器的性能相當(dāng)。
此外，集成傳感器還簡(jiǎn)化了維修和備件/替換件的購買。
TeleFlow EC使用一個(gè)單一的電子組件，該組件將多變量――DP、壓力和溫度――變送器與氣體流量計(jì)算機(jī)組合在了一起。機(jī)殼中沒有了分離的變送器，因而容易拆卸和更換EC。對(duì)于備件，該公司庫存了完整的EC部件。
該公司所選擇的無線電設(shè)備的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它們被批準(zhǔn)在危險(xiǎn)區(qū)工作。通常，這類設(shè)備不在這種區(qū)域的應(yīng)用之列，而必須安裝到外部。這樣，就要對(duì)分離的附件作額外的花費(fèi)，還要對(duì)額外的電源、布線以及連接作出花費(fèi)。使用經(jīng)批準(zhǔn)可用于危險(xiǎn)區(qū)的無線電設(shè)備，就不需要分離的附件，并且可用一個(gè)單一的集成電源對(duì)EC和無線電設(shè)備兩者進(jìn)行供電。
由于許多流量計(jì)算機(jī)都被批準(zhǔn)可工作于一類、2度的區(qū)域，所以在選擇上沒有什么判別標(biāo)準(zhǔn)。然而，包括無線電設(shè)備和電源系統(tǒng)在內(nèi)的整個(gè)裝置確實(shí)需要經(jīng)過批準(zhǔn)。TeleFlow EC裝置包括MDS無線電設(shè)備和電源系統(tǒng)，該裝置已獲批準(zhǔn)可工作于危險(xiǎn)區(qū)。在無線電設(shè)備和太陽能電池板批準(zhǔn)之前，就已加快了對(duì)整個(gè)EC裝置的批準(zhǔn)處理。
合并到EC中的電源管理軟件使得該裝置的工作電源要比通常用于無線電設(shè)備的電源更小、更簡(jiǎn)單并且更便宜。該電源是一個(gè)5瓦、12伏的太陽能電池板和一個(gè)12伏、7安培-小時(shí)的鉛酸蓄電池。該蓄電池和調(diào)整電路包括在EC裝置中，而太陽能電池板安裝在儀表的2英寸管上。在陰天，該系統(tǒng)額定的自給時(shí)間為23天。
該EC軟件運(yùn)行幾路循環(huán)供電的程序，該程序可使功耗最小。不管帶不帶無線電設(shè)備，多路循環(huán)供電策略都可用于TeleFlow EC，以使功耗最小。雖然在運(yùn)行時(shí)，設(shè)備在5.4至16VDC下使用約65mA的電流。但是循環(huán)供電使平均電流減至約8mA。要是不帶無線電設(shè)備，系統(tǒng)可在1瓦的太陽能電池板和6伏、7安培-小時(shí)的蓄電池的情況下運(yùn)行。
由于無線電使用的功率比流量計(jì)算機(jī)的大，所以無線電設(shè)備電源管理尤為重要。MDS無線電設(shè)備提供了快速啟動(dòng)，這使得對(duì)電源的開關(guān)變得可行。實(shí)際上，該無線電設(shè)備在大部分時(shí)間都是處于關(guān)閉的狀態(tài)。
對(duì)于WATT工項(xiàng)目，EC軟件在每小時(shí)的“喚醒”周期中對(duì)無線電設(shè)備進(jìn)行操作。為了從SCADA主機(jī)進(jìn)行輪詢，在一小時(shí)的范圍內(nèi)為每個(gè)EC分配一個(gè)時(shí)間窗口?？蓪?duì)一小時(shí)中的窗口的位置和在很短時(shí)間內(nèi)的窗口的長(zhǎng)度進(jìn)行配置。雖然SCADA主機(jī)能夠請(qǐng)求多種信息，包括：當(dāng)前測(cè)量的輸入、常數(shù)和歷史信息，但是，EC總是在輪詢的最后一個(gè)查詢之后，才能首次提供任何已經(jīng)出現(xiàn)的警報(bào)。盡管正常的操作要求每小時(shí)一次的輪詢，但是，在未受到輪詢的情況下，EC將保持35天的信息。
精確的計(jì)時(shí)對(duì)無線電定時(shí)至關(guān)重要。EC中包括了一個(gè)可編程實(shí)時(shí)日歷/時(shí)鐘，其精度為每天一秒。由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)定每個(gè)1小時(shí)一次的輪詢都包括一個(gè)時(shí)間同步，所以，所有的EC時(shí)鐘都被精密地同步。
安裝。單一封裝的結(jié)構(gòu)減少了安裝時(shí)間和費(fèi)用。該公司派出兩個(gè)井場(chǎng)技術(shù)隊(duì)來完成下列工作：
＊安裝EC、太陽能電池板、天線和電纜
＊啟動(dòng)EC，包括配置流量常數(shù)
＊建立EC的無線電鏈接。
井場(chǎng)技術(shù)隊(duì)可在30分鐘內(nèi)完成上述任務(wù)。包括工點(diǎn)之間的駕車時(shí)間在內(nèi)，一個(gè)井場(chǎng)技術(shù)隊(duì)一天可安裝多達(dá)5個(gè)EC單元。最近，該公司在一周內(nèi)安裝了350個(gè)EC。
要在管路上迅速地安裝無線電節(jié)點(diǎn)，需要事先做好準(zhǔn)備工作。為此，該公司進(jìn)行了地圖研究和無線電傳播試驗(yàn)。San Juan盆地為多丘陵地形。在無線電系統(tǒng)規(guī)劃中抄近路將意味著遭受墨菲法則的后果。
WATT的操作。EC設(shè)備一旦聯(lián)機(jī)在線，就幾乎立即向公司和客戶提供效益。SCADA系統(tǒng)向?qū)挿秶挠脩籼峁┬畔ⅰ?
客戶簽訂契約，可通過下述多種手段獲得信息：
＊無線廣域連網(wǎng)，它實(shí)質(zhì)上是在公司和客戶之間提供了一條專線
＊撥號(hào)modem訪問，該公司支持Windows 95下的撥號(hào)modem訪問
＊Windows for WorkGroups遠(yuǎn)程訪問服務(wù)
＊通過因特網(wǎng)地址的加密的信息
為響應(yīng)客戶的需求，該公司將預(yù)計(jì)進(jìn)一步擴(kuò)展客戶數(shù)據(jù)塊的容量。
致 謝
本文根據(jù)在德克薩斯州達(dá)拉斯市ENTELEC ’96中提交的論文編寫。
（摘自深圳華夏盛電子有限公司）
（轉(zhuǎn)載）
