基于MCGS的井控装置试压监控系统的设计

    当井底压力远小于地层压力时，地层流体大量涌入井筒并喷出地面，此时就发生了井喷。一旦发生井喷将直接影响着作业施工人员和设备、周围居民的安全，对地下油气资源和周围环境造成巨大破坏。不仅会给国家和企业造成巨大的经济损失，而且会给社会带来严重的不良影响。

    为了防止井喷事故的发生，保证油田现场的安全生产，普遍采用井控装置来对井口进行控制和保护。常用的井控装置主要有各种类型的防喷器和压井管汇，这些设备在使用一段时间后需要进行检修，检修后的井控装置需要进行耐压检测(试压)，只有耐压合格的装置才可以再次在现场使用。另外，新出厂的井控装置也需要进行耐压检测才可以交付现场使用。因此，对井控装置的试压是检修过程中的一个非常重要的环节。传统的试压过程主要是依靠人工的方式来完成的，这种方式受人的主观因素影响较大，精度低，安全性差；另外，传统的试压系统普遍都没有对试压过程数据的详细记录、生成报表等功能，使得检测过程没有详尽的材料支持，可信度不高。

    对这种情况，该文使用USB接口的多功能数据采集模块USB7325A和PS002继电器板作为主要的硬件设备，以能够快速构造和生成上位机监控系统的MCGS组态软件为开发平台，设计了一个井控装置试压监控系统。可以完成试压压力数据的自动采集与显示，数据的自动保存和打印，泵的控制等功能。该系统已于2007年在胜利油田某井控装置检测单位投入使用，现场运行效果良好。

1 井控装置试压系统的硬件设计

    1.1 系统工艺流程

    井控装置试压时，将试压对象(防喷器或节流管汇)安装到指定的试压平台上，操作底部法兰和液动盲板使试压对象的内部形成一个密闭的空间。此密闭空间通过压力管线与试压控制台相连，试压控制台上安装了2台气动增压泵，通过增压泵向密闭空间注入液体并增压。其中一台气动增压泵为低压泵，另一台为高压泵，分别在不同的压力范围内工作，泵的启停由电磁阀控制。另外，在压力管线上安装了压力变送器，用来测量密闭空间中的压力大小。

    试压的类别主要有2种：高压试压和低压试压。高压试压的压力一般为35～70MPa，低压试压的压力一般为1～2MPa。根据试压类别，需要切换到不同的变送器进行测量。试压过程如下：1)启动低压泵开始增压，当压力达到一定值时，再启动高压泵继续增压，当压力达到期望值时停止增压；2)从某一时刻开始按照当前的压力值进行稳压，稳压时间由不同的试压标准决定；3)在稳压时间达到要求后，判断从稳压开始到稳压结束压力的下降是否满足试压标准的要求，满足要求视为合格，否则不合格。

    1.2 系统硬件设计

    根据系统工艺流程的要求，设计了数据采集和控制系统，系统的硬件结构框图如图1所示。

    根据系统各部分的功能不同，可将整个系统分成现场测控执行层和集中管理监控层两部分。

    1.2.1现场测控执行层

    根据系统的功能要求，现场测控执行层的主要功能是采集高压或低压压力变送器的数据并控制高/低压泵的启停。高/低压压力变送器选用的是湖南宇航科技的通用型压力变送器，量程分别为：0～200MPa(高压)、0～5MPa(低压)，压力数据由USB7325A采集进入计算机；高/低压泵的启停控制是由USB7325A输出的数字量控制信号控制PS002继电器板上的继电器的通断来实现的。

    1.2.2 集中管理监控层

    集中管理监控层主要是指安装了由MCGS组态软件开发的应用程序的工控机，它是测量和控制的核心部分，负责接收和处理采集到的数据并在需要的时候发出指令控制现场的电磁阀的动作。系统的整个运行过程是由集中管理监控层统一控制的。

    1.2.3 数据采集模块USB7325A

    系统选用USB接口的多功能数据采集模块USB7325A为采集和控制设备。该设备最大的优点在于具有真正的热插拔、即插即用功能，硬件设备和计算机的连接非常简单，通过USB线即可实现连接，极大的方便了用户的使用。

    另外，USB7325A还可以直接通过扁平电缆驱动PS002继电器板上的继电器动作，实现对系统中的高/低压泵的控制。因此，不需要再专门设计控制高/低压泵的电路，极大地减轻了设计者的工作量。
 

2 井控装置试压系统的软件设计

    MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是一套基于Windows平台，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件，MCGS系统包括组态环境和运行环境2个部分，它们之间的关系如图2所示。

    组态环境是生成用户应用系统的开发环境，用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制程序、编制工程打印报表等全部工作；MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，在运行环境中完成对工程的控制。

    下面主要介绍使用MCGS组态软件设计井控装置试压系统软件时的几个关键问题的解决方法。

    2.1 设备的连接

    井控装置试压系统选用的采集和控制设备是USB7325A，此设备在使用前必须在计算机中安装驱动程序，另外还需要进行一些设置，然后才能在用MCGS编制的工程下完成数据的采集和控制任务。

    2.1.1 驱动程序的安装

    USB7325A是北京中泰公司的USB7000系列的产品之一，该公司已经为其生产的设备开发了支持各种操作系统的驱动程序。在将USB7325A通过USB线缆连接到计算机后，计算机将会提示找到新硬件，同时会出现硬件安装向导，用户可以根据提示信息安装驱动程序。驱动程序一般是通过光盘的形式提供的。在安装好驱动程序后，在计算机的任务栏可以查看到安装的设备，设备的名称为“USB7325A”。此时安装的驱动程序的主文件是“UsbTkC.dll”，这是一个动态链接库文件，是专为USB7000系列的产品开发的驱动程序。

    2.1.2 MCGS驱动文件的拷贝

    MCGS组态软件本身不能直接支持USB7325A。因此，在安装了USB7325A的驱动程序后，该设备还不能在MCGS环境下正常使用。需要向MCGS的开发商申请专门用于MCGS环境下的驱动程序，驱动程序主要包括帮助文件USB-7325．files、USB-7325以及驱动文件USB一7325.dll。将USB_7325.dll和帮助文件拷贝到MCGS对应的驱动目录下(例如：D：＼MCGS＼Program＼Drivers＼)，将中泰公司提供的Usb7kC．dll拷贝到MCGS对应的应用程序目录下(例如：D：＼MCGS＼Program＼)即可加载使用。

    2.1.3 MCGS设备组态

    在MCGS组态环境中需要对设备USB7325A进行组态。主要是设置初始工作状态、最小采集周期、板卡序号、板卡类型、采集方式、显示设置等；另外，还需要进行数据对象和通道的连接，设置工程转换等方面的组态。

    2.2 用户界面的设计

    用户界面的设计是通过用户窗口组态完成的，主要是设计供用户操作的人机交互界面。系统主界面主要包括试压压力实时曲线图、泵启停控制按钮、试压过程控制按钮、界面切换按钮、试压数据显示区等部分，用户可以在主界面上完成绝大多数的操作；另外，主界面中还设计了丰富的菜单项用于实现各种操作。

    系统设计的人机交互界面画面简洁、操作简单、功能完善，为操作人员提供了较为理想的操作环境。

    2.3试压数据的保存

    为了给检测过程提供详细的支持材料，提高检测结果的可信度，需要在试压结束后生成试压报表。

    在完成某次试压后，可以直接打印本次的试压结果报表，在进行又一次试压时，将无法直接打印上一次的试压报表。按照这种方法，可以在每次试压完成时打印该次试压的报表，但是，有的时候需要在完成多次试压后再打印每一次的试压报表，因此需要在每次试压的过程中记录本次试压的数据，并在试压结束时保存成一个单独的文件(ACCESS数据库文件)，用来表示某次试压的数据。此功能即为试压数据的保存。

    2.3.1 试压信息的保存

    某次试压完成后，调用策略!SaveData(SaveDa-ta)，将试压信息对应的组对象SaveData存盘一次，组对象SaveData包括本次的试压日期、产品编号、产品名称、产品型号、试压标准、实际压降、试压结论等参数。然后调用存盘数据提取策略，提取本次的试压信息保存到试压数据库(一个ACCESS数据库文件)的表“试压信息”中，同时删除存盘数据库中SaveData的记录，准备接收下一次试压的信息。

    2.3.2 试压压力的保存

    每次试压的过程需要记录从启动泵开始增压到稳压结束并泄压的全程压力变化情况。因此，首先需要记录开始试压的起始时间，然后，记录稳压结束并泄压后的结束时问。调用存盘数据提取策略，从总数据库中提取从起始时间到结束时间之间的压力数据，并保存到试压数据库的表“试压压力”中。此时，完成了本次试压数据的保存。

    2.4 试压数据的提取和打印

    有的时候需要在进行完多次试压后的其他时间打印某次试压的报表，此时可以使用每次试压完成后保存下来的试压文件实现此功能。

    实现方法如下：首先，选择需要打印报表的某次试压对应的试压文件，调用存盘数据提取策略，从试压文件数据库的“试压信息”表中提取试压信息到MCGS的数据对象中。提取的试压信息主要包括试压13期、产品编号、产品名称、产品型号、试压标准、实际压降、试压结论等。提取的试压信息直接与报表窗口中的显示控件建立连接，在报表中显示试压信息。然后，在试压报表窗口中使用条件曲线构件，将试压文件数据库的“试压压力”表中的压力数据与条件曲线构件建立连接，加载报表窗口时即可在条件曲线构件中显示完整的试压过程的压力变化曲线(某次完整试压过程的压力变化曲线如图3所示)，最后，可以根据需要选择预览或者打印某次试压的报表。

3 总结

    井控装置是保证油田安全生产的重要设备，对井控装置的试压检测是保证该设备能够正常使用的关键环节。该文利用MCGS组态软件设计了一套井控装置试压监控系统，实现了试压压力的采集与显示、泵的控制、数据的保存、报表的打印等功能。该系统的使用解决了人工试压方式存在的问题，提高了工作效率和检测结果的可靠性。为保证油田的安全生产，提高油田的自动化水平做出了一定的贡献。