井口 RTU-SCD2100
Foxboro SCD2100 是经 1 级 2 类认证的紧凑型超低功率 RTU，它为远程操作、测量和控制应用提供了 IP 连接、无线、高级 I/O 功能和开放式编程方法。

SCD2100 是英维思工作站计算设备 (SCD) 系列产品中极为紧凑的 RTU，具有功能强大的 32 位处理器、大型存储器模型和 FoxRTU 工作站开放式软件配置环境。FoxRTU 工作站嵌入了符合 IEC 61131-3 和 IEC 61499 标准的 ISaGRAF。

提供的各种通信协议可确保与大多数系统兼容，包括 Modbus 主/从协议（ASCII、RTU 和 TCP）、SNMP、DNP3 从属协议和用户定义的协议。与其他“砖块”RTU 产品不同，SCD2100 具有可配置的通信、I/O 和电源模块，可以灵活配置并使投资升级。

主要亮点
通过使用无线连接减少现场布线成本并降低功耗
高性能功率比可实现超远程智能数据处理
主要功能
彩色有机发光二极管 (OLED) 屏幕，16 位彩色
10/100 以太网端口
USB 2.0 主机端口
串行/无线扩展端口
电源 【2W 至 5W】
智能电源处理与滤波器
完整的温度补偿电池充电方式
AC 或 DC 模块
高准确性和高性能输入-输出卡
以 1 ms 为间隔监视事件顺序 (SOE)
多种 IO 配置
生产 RTU-SCD2200

主要亮点

• 所有编程方法和应用程序均符合 IEC 61131-3 和 IEC 61499 标准，便于进行工程设计和应用程序移植
• 易于安装，提供了电池充电器控制和循环电源，功率开销低

主要功能

• DNP3—RTU 通信
• Modbus 协议
• 通信和逻辑排序的用户程序控制
• IEC 61131 Foxboro 功能块
• AGA 标准功能块
• TCP/IP 和串行报告/诊断
• 冗余控制处理器、通信处理器和电源
• 热插拔模块
• 可从 1 个扩展到 64 个 I/O 模块

远程冗余数据采集单元（RTU）

1．DT MCU/RTU监测单元概述

DT MCU/RTU监测单元以dataTaker 最新一代的DT80系列数据采集器为核心，专门用于各类工程安全自动化监测，技术先进、性能可靠。dataTaker产品的设计、研发和制造全部在澳大利亚完成，自1983年第一台DT100型数据采集器问世以来，其质量、可靠性已经在世界范围内被认可，其适应性及能力已在数以万计的实际应用中被验证，dataTaker已经成为一个国际知名品牌，自上个世纪80年代以来一直领导着世界智能数据采集器设计及制造的潮流。dataTaker 产品通过ISO 9001:2008质量管理体系认证，拥有欧洲指令CE标志（电磁兼容指令、低压电子产品指令）和澳洲C-TICK标志，提供终身免费固件升级和三年质量保证期。

2．DT MCU/RTU监测单元构成

DT MCU/RTU监测单元采用模块化结构，由DT80系列采集器主机、CEM20通道扩展模块、通道防雷模块、无线通讯模块（仅限于DT RTU配备）、电源、免维护蓄电池、防潮加热器、接线端子、系统接地和工业保护机箱等组成。

3．DT MCU/RTU监测单元特点

先进性：DT MCU/RTU采用高智能、模块化、集成设计，采用高品质工艺和元件精致打造，配备32位军用级微处理器、128MB工业级FLASH存储器、18位工业级A/D转换、高精准时钟、智能采集电路、高性能继电器、通道万用技术和多信道通讯端口。

实时性：DT MCU/RTU内置有用于有线TCP/IP网络的以太网接口，具有全球唯一MAC地址的网卡，具有真正的10BaseT的传输速度，保证了有线光纤双向通讯的实时性。DT MCU/RTU采样时间：≤2S/点，具有快速采集特性，在保证读数稳定和精确的情况下，采集时间更短，进一步保证了数据传输的实时性。

可靠性：DT MCU/RTU将关键功能模块高度集成，包括振弦信号激励及智能采集模块、各通讯接口模块、电源管理模块、显示屏等都集成在采集器主机内，DT MCU/RTU采用冗余的继电器多路复用器技术以及采用双通道隔离技术，这种高度集成大大减少因不同模块外部搭接而引起的性能不匹配不一致的不可靠现象，从而能够保证MCU/RTU的长期稳定可靠工作。

可扩展性：DT MCU/RTU可连接多个DT CEM自动测量集线箱来实现多通道扩展，最多可扩展到600个差分通道。

适用性：DT MCU/RTU通道万用，可以混合接入各种不同类型的现场仪器设备，不需要增加额外的模块就能进行数据采集；DT MCU/ RTU极低功耗，具有自动休眠模式；DT MCU/RTU抗干扰能力强、具有远程维护特性，因此它非常适用于工程安全长期监测。

易用性：DT MCU/RTU与DT CEM-20自动测量集线箱都具有可插拔的接线端子，通道扩展方式非常简单，传感器接线简单清晰，程序指令简单易懂，带有USB通讯接口及U盘存储口使现场调试方便、带有人工比测接口、易于远程维护和设备管理。

冗余性：DT MCU/RTU具有128MB大容量的内部数据存储器，可以连续存储3年以上的数据，采用18位高分辨率A/D转换，±30V宽范围电压输入，-45℃～+70℃宽范围工作温度，单机高达600个差分通道扩展能力，通道万用技术，冗余的继电器多路复用器技术，可以选择10～30V范围的供电，因此，具有很好的冗余特性。

可维护性：DT MCU/RTU具有远程自检、自诊断、维护功能。现场调试及维护也非常方便，可通过主机的USB接口和笔记本电脑USB相连，通过可插拔接线端子及主机按键，可进行人工比测。测量振弦式仪器可通过主机上自带的耳机听孔侦听来调试。

 独特的滤波功能：硬件方面，DT MCU/RTU使用“拨弦电路”、“耦合放大电路”、“相位锁定滤波器(PLL)”、“频率测量电路”等四个电路，通过带宽为400~6000hz的模拟滤波器滤掉之外的频率信号，从而读取到正确的频率值，还使用高能激励和高增益放大电路，可以很好地测读引线较长的钢弦仪器；软件方面，可通过设置通道激励因子和MD测量延迟两个通道选项，保证测量振弦式仪器时可以捕捉到真实的频率值。

独特的运算功能：DT MCU/RTU具有强大的运算功能，包含1000个通道变量CV，不仅可以给出工程单位数据，还可进行高级运算包括算数函数、三角函数、统计函数、关系函数和逻辑函数，并能发出报警信息和执行报警指令。

4．DT MCU/RTU监测单元技术指标

主要功能：DT MCU/RTU可兼容全球绝大多数传感器生产厂家的各种类型传感器，包括标准信号、振弦式信号、卡尔逊差阻信号、数字信号、SDI-12信号、RS232/RS422/RS485      信号，可对布置在野外现场的各类传感器及设备进行长期的在线/离线数据采集、存储、运算和报警，可通过有线和无线网络与监控中心进行远程通讯和控制。

通道数：DT MCU/RTU 标准型为40个差分通道，单机通道可扩展成80、120、160、200、240、280、320、360、400、440、480、520、560、600个差分通道。（多台MCU/ RTU组网后，通道数量因网络类型不同而异，理论上没有限制。）

标准信号测量：电压±3V，分辨率25μA；电压±30V，分辨率250μA；电流0～30mA，分辨率250nA。

差阻式信号测量：支持4芯线和5芯线输入，电阻比0.8000～1.2000，分辨率：0.000001；电阻0～120Ω，分辨率0.0015Ω。

振弦式信号测量：支持起振频率不同的各类

振弦式仪器，频率400～6000Hz，分辨率0.002Hz。

热敏电阻信号：支持1k,2k,3k,4k,6k,10k 类型热敏电阻，温度：-75℃～+200℃，分辨率0.1℃。

RTD温度信号：支持Pt,Ni,Cu, 10～10KΩ。

热电偶温度信号：支持B,C,D,E,G,J,K,N,R, S, T。

半导体温度信号：支持LM34～60, LM135, 235,335,AD590,592,TMPxx。

应变桥路信号：1/4,1/2,全桥，电压或电流激励。

智能串行接口：支持RS232/RS422/ RS485智能串行信号设备。

数字I/O： 支持SDI-12信号、高频计数和开关量等。

微处理器：32位军用级微处理器。

A/D转换：18位工业级A/D，最大采样频率25Hz，线性度0.01%。

数据存储容量：可提供128MB工业级FLASH的内部存储空间（约10,000,000个数据点），掉电保护功能保证数据安全。

通道激励：电压4.5V、12V或外部电压激励；配有恒流源电流激励，250μA、2.5mA可选。

通道阻抗：输入阻抗>100MΩ。

时钟精度：±1分/年。

显示器：LCD，2行16字符，带背光灯，用于显示通道数据、报警信息、系统状态等。

按键区：6个按键，用于查看和特殊功能（下载数据、传输程序、人工比测等）。

指示灯：4个LED，指示采集、存储、警告、电源等状态。

通讯接口：具有1个USB通讯口(USB1.1）、1个以太网通讯口(10Mbps)、1个RS232通讯口(300～115kbps)、1个RS485通讯口(300～57600bps)和1个U盘存储接口（用于现场下载内存数据和程序更新），具有人工比测接口。

支持协议：TCP/IP，MODBUS。

测量方式：通过重复计划、即时计划、X计划等方式实现定时、间断、单检、巡检、选测或任设测点群测量，同时可实现分类、分部位仪器的不同测量周期测量。

定时间隔：1ms～180d，多计划重复采样，可任意设置。

采样时间：50ms～2s／点，巡检时间可设置。平均无故障时间（MTBF）：DT MCU/RTU平均无故障时间≥30000h，DT监测系统平均无故障时间≥20000h（以1000台MCU/RTU系统为计）。

平均维修时间（MTTR）：DT MCU/RTU平均维修时间≤1h。

设备传输的误码率：DT MCU/RTU设备传输的误码率≤10-4。

自动采集数据的缺失率：DT MCU/RTU每小时采集1次，每年数据的缺失率<1%。

防雷电感应：≥3000W。

供电范围：外部电压输入范围：10～30 VDC 。

平均功耗：60mW～12W。

内部电池：6VDC,4Ah免维护铅酸蓄电池，支持24小时不间断运行（使用内部电池1小时采集一次，可连续工作3个月以上）。

电源管理模块：接受外部、内部供电，电池充电管理，监测供电电源的电压、电流、机身温度，及时了解现场供电状况。

工作环境：温度-45℃～+70℃，湿度≤98%RH。

5．DT MCU/RTU技术性能汇总表

6．DT CEM-20自动测量集线箱

      主要功能：DT CEM-20自动测量集线箱用于DT安全监测自动化系统的模拟通道扩展，适用于DT MCU80G、DT MCU85G、DT RTU80G、DT RTU85G等主机的通道扩展（接入数量见下表）。

通道数量：5线输入20个模拟通道（40差分通道或60单端通道）。

传感器接入类型：同DTMCU/RTU主机的模拟通道性能，通道万用，不同传感器可混合接入。

控制和采集：由DTMCU/RTU主机控制和采集。

采样频率：最大12Hz。

供电方式：由DTMCU/RTU主机自带12V输出供电，平均功耗0.36W，也可使用外部12VDC±5%单独供电。

地址编码：4位DIP开关。

指示灯：1个LED，指示采集状态。

距离主机：距离DTMCU/RTU主机最远100m。

防雷电感应：≥3000W。

防护等级：IP66。

外形尺寸：380*380*210mm。

重量：9kg。

工作环境：温度-45℃～+70℃，湿度≤98%RH。

7．DT MCU/RTU多种通讯方式

所有现场的DT MCU都通过自带的以太网口很方便接入相对应节点的以太网光端机的网络接口(RJ45)，各节点光端机再接入监测站的汇聚点光端机，构成一个链状网络；然后，各个安全监测站通过汇聚点光端机与三层交换机连接，从而与上级计算机安全监测系统连接起来，形成分布式智能节点控制开放型的全网络结构，并以以太网10BaseT进行交互通讯和控制。

DT RTU通过无线节点网络和无线WIFI、无线数据终端CDMA/GPRS DTU以及无线路由，可以实现远程无线通讯，在监测中心的工作站连接无线路由器或通过IP地址接入Internet，均可以接收来自现场的MCU/RTU的监测数据，以及控制和管理现场的RTU，从而构建了远程自动化监测系统。

8．监测采集软件

        DTsMonitor监测系统，是一个大型工程应用软件，是一个开放式的集成组件系统，由北京数泰科技完全自主开发。系统侧重于原始数据的采集，原始数据和计算数据的可靠管理，同时展现给用户一个简约的、集成的、兼顾数据回放、展示、分析功能的数据自动采集监测系统。   

        DTsMonitor系统，是基于 DT MCU/RTU硬件产品和Microsoft.Net Framework架构进行开发的新一代的专业数据自动采集监测系统。系统的数据可分布存放于网络中不同的管理处节点，并最大限度地与其他的管理分析系统兼容对接。数据分布设计模式提高了系统的稳定性、实用性，并节约了成本。系统的编写采用了C/S架构模型，可实时的进行数据采集、存储、分发共享。

       系统按照集成、简约、易于使用的设计理念进行设计，并对接入系统的传感器进行了优化管理。用户在使用的时候，仅需要点击软件界面的可视化按钮，就能轻松管理一个或多个MCU/RTU。

 DTsMonitor相比其他的公司的工程监测软件。最主要的优势有： 

     1、  DTsMonitor完美支持dataTaker硬件采集设备，可根据用户的需求，增加其他的硬件设备。

     2、  可定制用户需要的数据显示，如各种实时、历史曲线显示，工程量的计算，报警，报表、用

户输入公式等通用模块，用户具有自定义权限访问系统功能等。

     3、  用户可以自定义建立自己的分析模型。

     4、  集成了一定数量的模拟构件。

     5.    集成了一些行业应用的分析模型。

用户管理：

      此模块主要用于设置用户的访问权限。获得相应操作权限的人员才能进入系统进行权限内的操作。软件将记录使用人员的登录和操作信息。当系统运行时，上级中心和分中心可获得DTsMonitor系统的运行状态、采集数据和人员操作情况。

通讯模块：

      系统软件支持适合于符合工业标准的串口协议，如TCP/IP、GPRS/CDMA等。用户在使用的时候，可以选择某一种通讯方式，来操作远程设备。本模块负责硬件设备的采集管理，并将MCU/RTU上传的数据信息，分类存贮在数据库中。系统将用户可能用到的常用操作全部编写为函数，在软件上表现为功能按钮，包括：可选测量模式（主动模式、问答模式）、检测方式（单检、巡检、选测）、采样时间更改、常用指令等。

自检模块：

      系统每次启动或人工强制自检时，会通过系统可通过一些指令集来检查MCU/RTU硬件系统和传感器的状态。可检测状态如：硬件序列号、供电电压、备份蓄电池电压、内部温度、数据内存状态、内部开关量、内部采集程序及各种仪器的读数是否正常等。

曲线显示：

       本模块将采集到的数据或计算后的数据，用各种曲线直观的展现在客户面前。用户可通过配置分组来显示想要展现的数据。模块拥有以下功能：打印曲线、曲线信息查询、坐标轴放大、坐标轴缩小、指定坐标轴显示范围等。

报警模块：

       本模块可依据数据通道来配置报警阀值，每个数据通道都可设置为四个基本报警属性：低于低限值报警、高于高限值报警，高低值之间报警、高低值之外报警。系统拥有数据报警显示界面，当报警发生时，会发出声音和弹出数据报警显示框，并以文字和颜色做以区分，并存报警信息入库。用户可调用报警历史数据库来查询历史报警信息，并可设置数据通道是否报警和声音报警的开关。

远程管理：

     系统可向下管理多台MCU/RTU，向上能够向网络上任何一台具有开放权限的可靠计算机传送数据报文，同时也可以接收远端计算机管理软件向本地发送的指令报文，通过各种编码方式，可经多重中继发送到指定的MCU/RTU监测点，实现多级监测站远程管理。

报表模块：

      用户可根据自己的需要来定制报表显示模板，默认报表包括：表头、报表生成时间、数据时间、数据值、数据编号、数据均值、最大值、最小值等。

9．成功案例

       DTS_Monitor软件系统是一套基于DT MCU/RTU开发的自动化数据采集监测系统，多种监测开发软件已成功运行于多个岩土工程监测项目上。

MD1000插卡式RTU带来了很大的便利，它具有如下特性：

1）数据采集

2）丰富，良好的人机界面

3）1毫秒的高分辨率数据采集

4）用户自定义的控制编程方式

5）多个802.4 LAN的信关方式

6）通信协议和数据速率转换功能

7）点对点通信

8）以太网接口 

MD1000 RTU的特性优化了处理能力和网络功能，这样实现RTU间的分布式数据库。 

2．系统组成    

  2.1 作为RTU

    MD1000 RTU既可作为RTU来使用，也可用做数据集中器。数据采集后经过处理保存在RTU数据库中，直到主控和副控工作站读取。如图1所示。

MD1000 RTU具有很高的处理和复杂的计算功能，可连接成802.4LAN网，并支持点对点通信功能。所以，一个RTU采集的数据可以被传送到另一个MD1000而组成一个更大的逻辑RTU。 

  2.2 作为数据集中器/协议转换器 

    MD1000 RTU可以配置为数据集中器/协议转换器，此时MD1000 RTU扫描多个RTU或RTU网络数据，并支持多种RTU的通信协议和多种通信方式。

    MD1000 RTU采集信息后，通过协议(DNP3,MODBUS,Conitel等)传送到一个或多个主控站。 

  2.3 作为前端处理装置 

MD1000 RTU作为前端处理装置能够执行通信协议的转换和其它功能。此时MD1000 RTU可以作为协议转换器并执行其它管理功能。MD1000 RTU也可以被配置为冗余结构。 

3. 硬件概述 

    MD1000 RTU是一系列模块组成的可插卡式RTU，可直接插到MD1000 RTU的后板上。作为最小配置，MD1000 RTU由处理器模块和电源模块组成。这些模块适合不同的插槽式机架，并能安装在一系列机箱或提供19英寸的机架中。

每个处理器驱动一个带6个以上I/O口或其它模块的MD1000 RTU插槽。 

  3.1 扩展性 

使用2M令牌总线LAN或通过可选的以太网卡可连接32个底板。 

3.2     处理器模块 

PM-121处理器模块是MD1000 RTU系统的核心，提供正确操作所必需的控制功能。PM-121是高性能处理平台，具有一对双绞线802.4MODEM和二个RS232的通信接口。 

3.2.1 技术指标：

。MC68020 32位处理器。IEEE820.4 LAN接口(2MB令牌总线LAN)

。16MHz时钟频率。2*RS232 接口

。存储器RAM：4MB可扩至6MB。ROM：128KB

。实时时钟。4*LED输出

。4*DIL开关输入。看门狗时钟    

3.2.2 LAN接口

   处理器模块具有内置式802.4媒质访问控制器和一对双绞线网络接口，可用于组建大型RTU。LAN接口具有以下特性：

   。令牌总线控制器（MC68824）       。波特率2Mbit

   。热备冗余双绞线媒质              。长度达到200米

   。RS485                           。最多32个设备

   。多机隔离功能                

   3.2.3 通讯模块

   可选通讯模块提供给MD1000一个标准的以太网接口和一个提供4个端口的多串行通讯模块，端口可配置为RS232或RS485操作。一个MD1000 RTU机架配置6个通讯模块。  

   3.2.4 内存扩展

   可选安装的内存扩展模块提供附加内存，它可提供2MB的EPROM和有源RAM。 

3.3     I/O模块 

MD1000 RTU包括一系列不同的I/O模块。

I/O模块主要分为两类：模拟模块和数字模块。模拟模块的处理分辨率为12位，所处理为一个数量值；数字模块支持数字位上的ON/OFF。

除了上述的区别，模块还分为输入和输出两种，输入模块与外部设备连接，采集状态点和数值；输出模块用于控制或改变输出点和值，以使设备执行所需功能。

所有的I/O模块都具有调节和端子设备用于系统的电气隔离。端子模块具有抗冲击保护（高达5KV），使用变阻器使冲击电压降到0。冲击限度表示没有故障或灾难发生时允许在I/O终端和插槽之间产生的冲击电压。

通过标准地址技术，可进行I/O模块选择和控制扫描。允许模块槽号的检查和总线接口的集成。

每个I/O模块被分配一个模块标识符，当一个模块被选择时标识符将被返回。扫描软件校验标识符是否为所希望类型，并收集有效数据。

所有的模块都具有LED以显示被扫描和控制的数据的当前状态，直观反映该模块的操作状态。主要I/O模块有如下几种：  

      3.3.1 数字输入模块

DIM-102数字输入模块可监测16个数字状态点。寻址到数字输入模块将会停止数据的读取，以使得补码被校验。单独选择模块将读取新的数据。  

3.3.2 模拟输入模块

AIM-101能扫描8个输入的电流或电压的模拟数据通道。输入可以是单极性或双极性。模拟信号被转换为12位值。

AIM-105能扫描16个输入的电流或电压的模拟数据通道。输入可以是单极性或双极性，模拟信号被转换为12位值。通道彼此之间电气隔离。  

3.3.3 脉冲计数模块

脉冲计数模块有8个通道，每通道含有一个16位计数器用于计算输入脉冲。输入采用光隔离，极性采用桥整流器保护。  

3.3.4 数字输出模块

DOM-101是一个16通道输出模块，控制16个继电器。当系统操作失败时，如果处理器不周期性的刷新数据，看门狗将确保输出无效（打开）。

DOM-102是一个16通道输出模块，控制16个晶体管输出。当系统操作失败时，如果处理器不周期性的刷新数据，看门狗将确保输出无效（打开）。  

3.3.5 脉冲输出模块

脉冲输出模块提供16个常开的、高安全脉冲继电器输出。输出被分为两组，每组8个，分别与每组的公共部分相接处。

用一个带选择/检查/执行的三项开关来保证输出操作的正确性。在同一时间只有一种输出方式被执行。

  3.3.6 模拟输出模块

     模拟输出模块提供8通道12位模拟量。每个通道之间相互隔离。每个通道均可以输出电压或电流信号，并可以单独的调整输出范围。  

3.4     端子模块 

   端子模块提供输入保护和保险。以下是配置的终端类型：

l      螺旋隔离块

l      克朗绝缘置换块

l      带单独断开连结的螺旋终端块

3.5     电源模块 

   每个机架有一个单独电源。以下的输入范围是有效的：

   * 110V DC

   * 48V DC

   * 24V DC

   * 12V DC

   所有的电源在电子电路与机架地之间提供2.5千伏电压并且给机架地线提供5千伏脉冲保护。 

4．遥测功能 

  4.1 遥测接口 

   MD1000 RTU具有一系列通信接口模块（CIM）作为遥测接口。通信控制器包括一个与调制解调器相连的RS232串口，调制解调器对于以下通讯方式都有效：

l      拨号上网

l      租用线路

l      ISDN

l      无线电

l      卫星等 

4.2 协议 

   MD1000系统可以提供多种协议。作为标准MD1000支持DNP3和MODBUS既为主协议又为从协议。当然，其它厂商的协议也被支持，例如：

   * Leed and Northrup Conitel

   * Wormald

   * Westinghouse

   * Asea Brown Boveri

   * Toshiba

   * GEC K Bus

2、 井站自动化系统的总体结构
      根据鄂东气田煤层气工程总体工艺流程及系统功能，井站自动化系统的总体结构如下：

⑴井口、井场数据采集
       井口部分：单一井口配电箱外安装一台安控公司生产的无线井口控制单元E5316-I，其内部主控制模块型号为Super32-L308，完成井口套管压力的采集，并实现井口远程启停控制和变频控制（变频调节用于调节抽油机的冲刺，从而控制采气井的排水强度）；用电参数的采集（三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等）。使煤层气田井场达到无人值守、定期巡检的管理模式，降低生产管理成本。

无线井口控制单元预留了示功图采集接口（2.4G无线通讯）、井口水量采集接口（AI）、动液面采集（AI），示功图和动液面等采用无线传感器，通过2.4G无线方式可以很方便地接入。以后通过这些功能扩展，可以根据示功图了解井下工况，进行功图诊断分析，指导对采气井的排采计划和管理作业措施；井口单元可以根据示功图、动液面自动控制电机的起停或变频调节，保证井下液面的自动控制在合理的水平，保持水量合理的排采强度、采气井连续稳产。

        井场部分：井场安装一台安控科技E5316井场RTU，Super32-L205为E5316为井场RTU控制器的核心，完成井场阀组气体流量计流量、温度、压力的采集；对于线路排水点井场，通过采集排水液位罐液位开关状态，进行上下限报警并联锁电动阀控制排液。
⑵通讯方式
整个系统通讯方式采用两级模式：
       ● 井口到井场主RTU通信方式采用短距离2.4G无线通讯；
       ● 井场与集气站采用GPRS、无线网桥两种通讯方式；在鄂东气田煤层气工程的建设中，保1、保1-1、保1-3三个井场为产能重点井场，三个井场安装视频监控系统，为了保证视频采集信号、井口、井场采集数据的实时上传，三个井场采用无线网桥的方式进行数据传输；共它七个井场只采集井口和井场相关数据，为了便于施工，采用GPRS通讯方式定时上传数据。
采用两级通信方式的优点：
       ● 各个井口RTU的硬件配置和软件程序完全相同。模块化，标准化程度高。
       ● 各个井口数据就近采集到井口RTU,井口RTU到井场RTU的通讯采用2.4G无线通讯方式，不需要敷设大量仪表电缆。施工简便、调试方便、成本低。
       ● 井场监控采用分散控制、集中管理模式，风险分散，可靠性高。

⑶集气站内监控
       根据集气站工艺和采集数据点情况，集气站内安装一套安控科技公司生产 Super E50系列，通过集气站PLC系统完成以下功能：
       ⑴集气站进站压力检测报警联锁关断出站电动阀；
       ⑵集气站进站温度检测；
       ⑶进站分离器液位高低检测报警联锁液相电动阀；
       ⑷集气站出站压力检测报警联锁关断出站电动阀；
       ⑸集气站天然气流量计量显示；
       ⑹复热脱水撬变频控制；
       ⑺注醉撬液位报警；
       ⑻站内可燃性气体浓度检测；

⑷集气站SCADA系统
       控制室安装一台GPRS无线路由器设备，完成GPRS方式通讯井场的数据采集和控制；集气站内立杆安装一台无线网桥主站设备，完成无线网桥方式通讯井场的数据采集、控制以及视频监控；GPRS无线路由器、无线网桥主站、站内PLC网口通过站内交换机完成整个SCADA系统数据链路。
       站内SCADA服务器完成下属各个井场/井口的数据采集和控制，集气站内生产工艺数据采集和控制以及历史数据的存储。
3 、产品选型
3.1井口采集单元：
井口数据采集设备，选用的是安控科技的无线井口控制单元E5316-I，其内部主控制模块为Super32-L308。模块具备6路AI、4路DI、4路DO通道。在通信接口方面，具备1个RS232接口、1个RS485接口，内置了高性能的2.4G无线通讯芯片，并配套提供2.4G高增益天线。

Super32-L308无线电量模块采用先进的32位处理器，不仅能完成逻辑运算、定时、计数控制，还能实现数据处理、通讯联网等功能。与同类RTU相比，具有更大的存储容量，更强的计算功能，更简便的编程与开发能力；强大的通讯组网能力和卓越的环境指标特性，能够适应各种恶劣工况环境。通过无线通讯协议与井场无线数据采集器进行数据通讯。

3.2井场数据采集器：

井场主RTU数据采集器，选用的是安控科技的无线井场控制单元E5316，主控制器Super32-L205为E5316为井场RTU控制器的核心。主控制器具有2路RS232接口、1路RS485接口、1路RJ45接口、具有8路AI、8路DO、8路DI、3路PI，内置了高性能的2.4G无线通讯芯片，并配套提供2.4G高增益天线，可连接GPRS、无线电台、无线网桥等通

3.3集气站PLC:

根据集气站工艺和采集数据点情况，本站控系统选用安控科技生 Super E50系列。该产品是安控科技集多年的站控系统开发、工程经验设计的新型站控RTU产品，可实现对工业现场信号的采集和设备的控制。该产品采用了模块化结构工业标准设计，采用了先进的32位ARM技术，高效的嵌入式操作系统，整个系统功能强大、操作方便、集成度高。不仅能胜任逻辑、定时、计数控制，还能完成数据处理、高速计数、模拟量控制、PID、RTD、TC、通讯联网等功能。其程序开发方便，可与上位机组成控制系统，实现集散控制。

Super E50的特点：
       结构先进，易于扩展，可多站协调工作，组建复杂系统；
       模块化结构工业标准设计，DIN导轨安装结构，方便现场安装；
       经济可靠、功能强大的通信接口，支持Modbus RTU／ASCII／TCP、DNP3（可选）等通信协议，具有RS232、RS485、Ethernet等通信接口；
       高效的工程开发工具，符合IEC 61131-3标准，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五种程序语言；
       友好的人机界面；
       功能强大的硬件系统，采用32位ARM处理器，嵌入式实时多任务操作系统(RTOS) ；
       先进的冗余/容错方式；
       经济高效的RTU系统；
       工作温度-40～+70℃，工作湿度5～95%RH，适应各种恶劣环境；
       通过CE认证，达到EMC电磁兼容3级标准；
4、 集气站内SCADA系统
4.1 SCADA系统构成：
       驱动程序：Echo Driver，安控驱动程序模块，目前已包括Modbus Tcp、 Modbus RTU，Modbus 扩展协议、OPC、Echo4100协议等，可并可为其他厂家RTU数据格式进行驱动定制开发。采用插件式框架，具有很强的通用性和扩展性。
       过程数据库：Echo PDB，安控科技过程数据库，用于建立统一的实时数据平台，隔离各家驱动不一致所引起的存取数据的混乱，为整个油田提供一致性的数据访问形式。可容纳海量数据，并具有高性能的读写能力。
       数据存储器：Echo DataSaver，安控数据存储器，适用将安控过程数据库保存到关系数据库的各类需求。可兼容Oracle 、SqlServer、MySQL等主流数据库，采用事务提交存储方式，具有高性能的数据存储能力。灵活的定制存储方式，目前支持的有定时存储、变化存储、条件存储等状况，适应环境能力强。
数据同步器：Echo Migration，安控数据库同步器，主要应用场所为不同数据库之间的进行数据同步，尤其是在异构数据库之间发挥重大作用，配置方便，实用性更强，注：在同类数据库和同构数据库之间还是推荐使用数据库本身的同步手段，性能是最优的，当然需要的专业能力也比较高，维护的复杂度也要增加。

4.2 数据接口：
       目前在煤层气田数字化推进过程中，强调互联互通，这对数据的标准化、规范化要求越来越高，也越来越迫切，而对于自动化业内厂商来说，实际的要求则是如何保证健壮稳定的接口标准，各厂商可以做产品的差异化，但必须遵守这个标准接口，软件接口同样面临这种状态。目前常见的动态数据接口标准是OPC，该模式采用DCOM机制，部署极其繁杂，稳定度低。
       安控科技采用了目前微软最先进的WCF分布式解决方案来实现实时数据平台(Echo PDB)，并提供SDK(.NET)供第三方程序进行访问。 基于实时数据平台接口，各使用方有了统一的数据存取方式，消除了数据应用与各厂家设备不同引起的耦合，数据应用的数据源不再单一的围绕关系数据库，还可展现更多的实时应用，对数据应用和挖掘是有益的补充。
       Echo PDB提供一致性访问能力的同时，兼顾了物联网发展带来的可能的数据形式变化，不在围绕传统工控AI、AO、DI、DO等数据点展示，强调面向对象的概念，对象的所有属性特征都可以通过它来展示。

 4.3 SCADA系统数据流

 4.4 部分功能展示

5、鄂东气田煤层气工程数字化系统的优点、效益分析
       与传统的产品选型和系统设计相比，鄂东气田煤层气数字化系统在建设和使用中均显示出了独特的优点：
5.1低成本，高效益
       在满足采集参数的要求下，选用高性价比设备，减少现场放置自动化设备情况，通过软件设计实现现场情况智能分析，实现低投资，高回报、高效益。
5.2自动化，易操作易维护
       自动化系统操作、调试更加简单，维护更加便利，故障点减少。
       在低成本的原则下，实现井场数据采集、排水点液位报警联锁电动阀、井口的远程启停井和电量采集以及变频调节、水/气流量采集，从而减少巡井工人、计量工人的工作量，降低劳动强度。
       保德区块先导性试验集气工程自动化施工最终是为了实现无人值守，有人巡检的。所选硬件满足对应的最苛刻环境条件，保证可靠性及稳定性。
5.3设备预留接口，便于系统功能扩展
       结合现场情况，在现有系统功能的基础上考虑将来预留功能的接入、系统的扩展；
       井场控制单元预留示功图采集功能、水量采集功能，以后只需要增加仪表；
       对已安装仪表的井口，在不额外增加成本的情况下可以实现数据采集和上传。

　一、系统概述
　　
　　新疆油田公司的某个作业区需建设油田生产的自动化SCADA系统，系统规模包括300套抽油机控制器、20套三相计量控制器和15套水源井控制器。根据自动化系统设计要求，整个系统需要建立前线中心控制室并预留今后建设的基地控制室，通过Internet可以远程实时查询生产数据。系统建设完成后，前线控制室可实现无人值守，操作人员可以在基地中心控制室对油田的生产进行监控和管理。
　　
二、技术难点
　　
　　* 控制点分散。井口散布于油区各点，井口间的距离较大。配注计量站、水源井分布其间。最远控制端离中心控制室50Km左右。
　　自然环境恶劣。陆梁油田现场，冬天寒冷风大，环境温度最低可至零下40℃，夏天干燥炎热，油井现场设备内部温度可高达80℃左右，而且昼夜温差很大。
　　* 通讯环境差。其次，陆梁油田处于丘陵地区，地势变化尽管不算陡峭，但并不能完全实现点对点的可视通信。所以要求在通信系统方案设计上，应充分考虑到系统信道能否真正畅通，确保SCADA系统安全、高效运行。
　　* 控制复杂。抽油井及水源井实现远程起停、配注计量站实现自动排序计量。
　　? 系统接口复杂。与另一套自动化SCADA系统实现无缝连接，与联合站DCS以OPC方式实现连接。
　　* 系统安全性要求极高。油田是生产性企业，安全生产是首先必须保证的。所以，对油田自动化SCADA系统也提出了极高安全性的要求。
　　
　　三、解决方案
　　
　　针对该生产区的实际工艺情况、时间工作环境情况，经综合考虑，制定了一套完整的自动化解决方案－ECHO SCADA 5000。
　　ECHO SCADA 5000系统已发达的计算机网络平台为基础，实现真正意义上的分布式管理。系统内每一台计算机都是一个独立节点，完成独立的任务。这种结构的最大优点就是网络中任何一台计算机出问题，不会影响其他机器的工作，而保证系统的安全、稳定运行。ECHO SCADA 5000以客户端/服务器模式实现网络数据共享，保证系统中的任何一个节点实时数据同步。本次SCADA系统需要监控采集的量包括：
　　? * 井口控制器。油温、油压、负荷、位移、三相电流、三相电压、电量参数、抽油机起停状态、盘根漏油检测、控制器门开关检测。
　　? * 三相计量控制器。进站油温、出站油温、管线油压、计量液位高度、含水率、上下液位状态、可燃气体浓度、水套炉液位、水套炉温度、水套炉间可燃气体浓度、大小火状态、各种阀状态等。
　　? * 水源井控制器。压力、温度、流量、液位、三相电压、三相电流、电量参数、电机起停状态、水源井工作状态等。
　　
　　1、使用产品
　　? * ECHO 5309抽油机控制器由主控制器、电台、电台电源、避雷器、电源开关、接地汇流条及保护箱等组成。保护箱分为防雨遮阳罩、仪器箱两部分，为单箱体、单开门结构。保护箱可起到防雨、防晒、防尘的作用。

* 计量配水站中包含18x6（I）型计量配水站、18x6（II）型计量配水站和多通阀实验站，根据不同形式的计量站，配置不同的远程终端RTU设备ECHO 5401系列自动计量控制器。ECHO 5401系列自动计量控制器是为适应油田自动化的需要专门设计生产的，它不仅具有精确的计量程序、优良的通信能力和大容量的存储器，而且具有性能稳定、安装方便、质量可靠、实现无人值守等多种优点，特别适用于油田恶劣的环境。

 * ECHO5501水源井控制器是我公司针对油田水源井控制而生产的远程控制终端（RTU），它采用了先进的工业级产品作为控制器，具有功能强，可靠性高，应用灵活，操作方便等特点。控制器既可独立工作，也可方便地联入控制网络实现远程遥测，形成SCADA系统。

* ECHO SCADA 5000 组态软件。系统可实现灵活组态，支持多种通讯协议接入。在实现系统要求功能的基础上，用户也可方便地进行维护和二次开发。

* 数传电台。MDS 2710设计用于点到多点的情况，系统数据遥测/SCADA和自动分发、油田自动化、水和污水数据遥测/SCADA以及联机事务处理应用。MDS 2710收发信机具有很强的干扰处理能力，因面能扩展数据发送范围并加强数据发送的可靠性。
 

数传电台

2、通讯模式
　　根据系统设计要求，中心控制室网络均采用以网络交换机为中心的星形结构。为保证网络的可靠性，网络所有设备均有冗余。

3、系统功能
　　? * 井口RPC。抽油机的自动启停控制、空抽控制、负荷超限控制等；示功图的采集和现场在线显示；采集电机工作的三相电流和电压，采集和显示电流图；现场控制抽油机的启停，现场设定控制参数；远程遥控抽油机的启停，远程设定控制参数；油压、套压、回压、油温的监测；根据现场情况的不同，还应考虑控制器的防护、防盗功能。
　　? * 计量站RTU。适用油田计量配水站的自动化系统，可以管理从12井到18井式的计量配水站并预留有15%的余量；能对油田计量站的全部生产数据，包括计量间、配水间、水套炉间进行实时监测；实现自动倒井，油气自动计量；实现液位、压力越限的自动保护；实时监测集油管汇的压力温度；实现计量间可燃气体浓度检测报警功能；含水检测；具备自动及仪表控制箱内就地电动倒井功能；计量控制器可储存1天以上的采集数据；水套炉出油温度、水套炉低液位报警、水箱低液位报警、水套炉灭火报警控制等；具有看门狗功能，当系统由于意外情况造成死机时，能够自行启动，无需维护人员现场启动。
　　? * 水源井RTU。主控制器为ECHO5501的核心，它采集来自接线箱的各类信号；接线箱用于现场接线、信号调理和输入、输出转接；压力、流量、液位、温度、电压、电流信号为AI信号，启动箱和三通阀状态为DI信号，启动箱和三通阀控制信号为DO信号；主控制器的COM2口可与手操器笔记本电脑连接完成控制器参数的读写。
　　? * 中控室SCADA。设备驱动程序完成系统与现场设备的数据通信；远程仿真程序实现抽油机根据设定的工作点实现自动控制，监测需要的生产数据，小键盘远程遥控操作，遥控抽油机的启停，在线采集示功图；多种报警级别，按物理位置或类型查询报警信息、多媒体技术报警、在线打印报警信息、存储报警历史信息；井口、计量站数量可任意增减，无数量限制；自动排序选井模块完成油井井号的选择及决定单井的计量时间。实现油井油、气、水三相自动计量并存储计量结果。
　　? * 中控室DMS。将统计分析或查询的结果进行输出，包括打印机输出、文件输出等。文件输出可以根据不同的需要形成不同的文件格式，如文本格式、HTML格式、Microsoft EXCEL格式等；统计图输出：针对各种统计分析结果，除生成相应的报表外，根据需要还可生成相应的曲线图、饼图、直方图等。
　　? * 中控室WEB。发布系统向用户主要提供了四大方面的数据：各实体动态数据、油井功图数据、日志信息、日报表，及相应的定制打印输出、打印预览功能。
　　
　　4、应用效果评估
　　ECHO SCADA 5000系统的投入运行，达到了加强油田生产管理、节省操作员工、减小劳动强度、降低运行成本、提高劳动生产率的目的，取得了较好的效果。值得特别关注的是，沙漠油田一般都具有远离居住区，后勤保障困难的特点，实施油田自动化，不但可以达到以上目的，在油田开发和管理的模式上也是一种创新。

　1．概述
　　在油田矿区供热系统中，生产厂房、办公楼和居民住宅区之间地理位置比较分散，造成了供热面广，热力点多、热损失大的特点。给供热系统的操作及生产管理带来许多困难。供热站采用远程测控终端（RTU）技术后，与中心锅炉房的DCS构成一套SCADA系统。其功能是通过中心站全面了解整个供热系统的工艺参数，为供热管理人员提供集中供热系统的运行状态，帮助工作人员选择合适的运行方式，进行优化生产和运行，实现过程检测和控制及生产管理自动化。取得了明显的社会效益和经济效益。
　　2．系统描述
　　集中供热已经成为北方城市冬季采暖的主要供热形式，也是节约能源、保护环境、实现城市现代化的重要措施。辽河油田近两

年来在矿区供热系统经过一系列技术改造，进行了热电厂扩建和油改煤工程，使中心地区和部分外围地区实现了集中供热。但由于供热地域大、用户比较分散，造成了热力点多且相距较远,给供热过程参数检测和控制及管理带来一定的困难。在欢喜岭地区集中供热工程中由于采用了RTU技术 ，很好解决了这一难题，保证区域供热在安全、合理、经济的条件下运行。集中供热工程采用了SCADA系统，整个系统分为三级，即第一级－－-控制管理级（主控中心即中控室），设在锅炉中控室；第二级－－-过程控制级（PLC、RTU），分别位于中控室控制柜和各供热站处；第三级－－-现场就地控制级，即为就地测控仪表设备。
      3.供热系统中央控制和RTU控制原理
      3．1 供热系统中央控制
      集中供热通常采用的方法是根据二次网的供水温度，调节一次网流量，进而控制二次网的供热量。但是，从温度调节的基本关系式可知，只有当二次网的循环流量是设定流量时，二次网的供水才是室外气温（亦即热负荷）的单值函数，此时调节二次网的热水温度相当于调节了二次网的供热量。由于存在冷热不均的失调现象，要保证二次网流量按设计条件运行是很困难的，供热系统二次网的流量是在大流量的工况下运行的，此时按照二次网的供水温度进行自动调节，二次网必然是过热的，将造成热能的浪费。

    在没有实现自动调节的状态下，变频调节普遍存在工况失调现象，导致热用户冷热不均。为了满足冷偏用户的供热要求，不断地提高系统的供水温度，实际上是提高了各用户的平均温度，很显然，这种措施本质上是靠增加热源总供热量来改善供热效果的，实际上并没有缩小最热用户与最冷用户之间的室温差别，因此，达不到消除系统热力失调的作用。解决系统热力失调的主要方法是调节各个热力站一次网供水阀门，使各热力站的流量与它所需供暖面积的比例相同。

      均匀性调节可将外网的调节与热源的调节，分为两个独立环节分别单独进行，相互之间基本互不干扰。外网调节的目标是实现均匀化供热，而总的供热效果则通过对热源的调节来实现，热源的调节可根据室外天气温度、回水温度及负荷情况进行调节。利用气象预测和历年气象统计资料进行计算，绘制出温度调节特性曲线指导供热，当热源的供热量和外网的需热量不一致时，依靠自动调节系统来维持供热的均匀性。
按上述的调节方法进行设计，将具有很强的通用性。不管是大流量运行，还是变流量运行，只要根据全网温度设定值控制二次网的供、回水平均温度，就能实现供热量调节，既实用又方便。

       热网的运行状态总是会有一些变化，例如，在不同的月份可能供水温度不同，热源发生故障时可能会减小总供水量或是热力站扩大面积使负荷增加，遇到这些情况，控制系统都能自动调节热网的运行状态使之适应新的变化，而不需对控制系统作任何调整。随着室外环境温度的变化，为保证供热效果，热源需进行统一调节。这时，可以随室外环境温度降低而升高供水温度，也可提高总的出水流量，无论采用哪种方式，都是全面地升高或降低各热力站的采暖效果，不会改变其均匀性。只有当个别热力站二次管网发生变化，新增添或关闭一些用户，管网做某种调节和转换时，才需地对相应热力站及相邻几个热力站的供水阀门进行调节。

GPRS无线通讯网络结构如下：

下面是埕岛油田的冗余RTU应用

冗余系统的概念和工作原理