1. 引言
油田计量间作为原油生产过程中的关键节点，承担着单井产液量、产油量、产气量以及含水率等重要生产参数的计量与监控任务。传统的人工抄表、分散监控方式已难以满足现代化油田对数据实时性、准确性及管理精细化的需求。因此，设计一套稳定、可靠、高效的自动化数据采集系统，对于提升油田生产管理水平、优化生产决策、降低运营成本具有重要意义。本方案旨在为油田计量间构建一套完整的数据采集系统。
2. 系统设计目标与原则
2.1 设计目标
- 实时性：实现计量间内各类仪表数据的自动、实时采集与上传。
- 准确性：确保采集数据的精度，为生产分析提供可靠依据。
- 可靠性：系统具备高可靠性与稳定性，适应油田现场恶劣环境。
- 开放性：采用标准协议和接口，便于与上级SCADA系统、生产管理系统集成。
- 可扩展性：预留接口与容量，便于未来新增计量点或功能模块。
- 易维护性：提供远程监控与诊断功能，降低维护难度与成本。
2.2 设计原则
- 标准化：遵循国际、国内及行业相关标准。
- 安全性：保障数据安全与系统操作安全。
- 经济性：在满足功能与性能的前提下，优化成本。
3. 系统总体架构
系统采用分层分布式架构，自下而上可分为现场设备层、数据采集层、网络传输层和数据中心层。
- 现场设备层：包括计量间内的各类智能仪表，如质量流量计、含水分析仪、压力变送器、温度变送器、电动调节阀等，是数据的源头。
- 数据采集层：核心为部署在计量间的RTU（远程终端单元） 或工业物联网关。负责通过RS-485/Modbus、HART、4-20mA等接口协议，轮询采集所有现场仪表的数据，并进行初步处理、缓存与协议转换。
- 网络传输层：根据油田现场通信条件，可选择有线（工业以太网、光纤）或无线（4G/5G、微波专网）方式，将采集层的数据安全、可靠地传输至油田数据中心。推荐采用具有冗余功能的工业环网或无线VPN专网。
- 数据中心层：在油田监控中心或云平台部署数据接收服务器、实时数据库、Web应用服务器等。实现数据的存储、解析、显示、报警、报表及对外提供数据服务。
4. 硬件设计方案
4.1 现场仪表选型
- 流量计量：优先选用高精度科氏力质量流量计，直接测量质量流量、密度和温度，进而计算体积流量和含水率。
- 含水分析：可依赖质量流量计的密度推算，或增设在线微波或电容式含水分析仪进行交叉验证。
- 压力/温度测量：选用带数字输出（如HART）的智能变送器，提高信号抗干扰能力和诊断功能。
4.2 数据采集单元（RTU/网关）
- 核心要求：具备多协议兼容能力（至少支持Modbus RTU/TCP、OPC UA等），足够的I/O接口，强大的边缘计算能力（可进行流量温压补偿、简单逻辑控制）。
- 环境适应性：宽温设计，防尘、防潮，符合工业现场防护等级（IP65及以上）。
- 可靠性设计：支持双电源冗余、通信链路冗余，具备看门狗及自恢复功能。
4.3 网络与通信设备
- 根据距离与环境，选用工业交换机、光纤收发器、工业无线路由器等设备。
- 配置工业级防火墙，保障网络边界安全。
5. 软件设计方案
5.1 数据采集与边缘计算软件
- 运行于RTU/网关上，完成数据点表配置、周期采集、数据过滤、报警判断、流量累计、协议打包等功能。
- 支持断线续传，在网络中断时本地存储数据，恢复后自动补传。
5.2 中心监控平台软件
- 数据接入服务：可靠接收来自所有计量间的数据，并写入实时历史数据库。
- 人机界面（HMI）：以工艺流程图方式直观展示各计量间实时运行状态、参数、趋势曲线及报警信息。
- 报警管理：灵活配置多级报警限值，实现声光、短信等多种方式通知。
- 报表管理：自动生成日报、月报、年报，支持按单井、计量间、时间段查询与导出。
- Web发布：支持通过浏览器远程访问，方便管理人员移动办公。
- 数据接口：提供标准API（如RESTful API）或数据库接口，向MES、ERP等系统开放数据。
6. 施工与实施要点
- 施工前准备：详细勘察现场，确认仪表点位、电缆走向、电源及接地条件。完成施工图纸设计与审批。
- 设备安装：严格按照规范安装仪表、接线箱、RTU机柜，确保牢固、美观、接地良好。信号电缆与动力电缆分开敷设，做好防干扰措施。
- 系统接线与调试：核对所有接线正确无误。逐台调试现场仪表，确保其输出信号正常。配置RTU数据点表，进行单点通信测试。
- 网络连通测试：确保从RTU到数据中心网络链路稳定、延迟与丢包率符合要求。
- 系统联调：在数据中心验证数据接收的完整性、实时性与准确性。调试HMI画面、报警、报表等功能。
- 试运行与培训：系统带负荷试运行不少于一个月，考核其稳定性。对操作与维护人员进行全面培训。
- 竣工验收：整理竣工资料（图纸、程序、手册等），完成项目验收。
7. 安全与维护
- 物理安全：机柜上锁，关键设备间设置门禁。
- 网络安全：采用防火墙隔离，关闭不必要端口，定期更新固件与软件补丁。
- 数据安全：关键数据本地与云端双备份，操作日志审计。
- 定期维护：制定巡检计划，检查仪表状态、清理设备、测试备用电源、备份系统配置与数据。
8.
本方案设计的数据采集系统，通过先进的硬件选型、分层的系统架构和稳定的软件平台，能够实现油田计量间生产数据的全面、实时、自动采集与集中监控，打通数据从现场到管理层的通道，为油田的数字化、智能化转型奠定坚实的数据基础。施工过程中需严格把控质量与安全，确保系统长期稳定运行，发挥最大效益。
