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摘要：随着油田数字化建设工作的不断推进，RTU作为单井生产数据采集单元，被广泛的应用于井、间油田数字化建设中。RTU的投用，在实现了井、间生产数据远程调控的同时，提高了单井巡控效率，方便日常井间管理，在提升生产安全性、便捷性方面效果明显。为了解RTU的工作原理、安装使用情况，本文主要通过对RTU的工作原理、结构功能、应用情况进行研究介绍，为今后在油田数字化建设中关于RTU控制系统的应用、维保等工作提供参考。
关键词：油田数字化;RTU;传感器
引言
国内油田目前处于智能化快速发展时期，中、小型站场也已经实现自控系统的全覆盖。但在油田井场建设方面，数字化、自动化建设还未实现，大部分生产数据录取还需要依靠人工取样完成。在消耗大量人工成本的同时，人工读取在及时性、准确性等方面都无法保障，给油田生产运维工作带来了较大的经济负担和安全隐患。实现单井生产的数字化、智能化迫在眉睫。20世纪80年代中期， 国外一些厂家利用其在数据采集转换及通信方面的优势， 采用单片机技术推出了远程测控终端系统（RTU）， 通过RTU 与上位计算机构成简单的SCADA系统。90年代末， 我国开始了解RTU系统， 而直到21世纪国内才真正意义上引入RTU系统，国内部分石油自动化研究所在消化吸收国外产品技术的同时， 也相继推出了以单片机为主要形式的自主品牌RTU设备。随着RTU技术的不断成熟、应用领域的不断拓展， 在油田SCADA系统中，选择一个传输及时、性能可靠、运行稳定的 RTU 势在必行。
一、RTU工作原理
RTU结合传感器，借助 4G/3G/2G 网络运营商（中国移动、联通或电信）现有的无线网络将传感器采集的数据入网并传回指定的数据中心;它也能通过 LAN 口直接借助现有的有线网络资源，将传感器采集的数据入网并传回指定的数据中心，可以说RTU既能适用野外远程监控，又能用于近距离大数据（通过 LAN 口）传输，既能通过无线射频模块组成无线传感网络，又能通过 RS485 口或 CAN 口组成分布式测试系统。
1、RTU的架构
RTU主要是由以下三种不同的集成电路模块组成：
第一块为电路模板，这个电路是独立电量采集模块，它主要用于交流电量的采集，这个电路上有两个原件，一个是三相四线制/三相三线制多功能芯片，其内置电压可用来监测电路，保障上电和断电时的稳定工作，另一个是独立的MCU单元也就是微型单片机控制单元用来保护电参的独立性，稳定性和可靠性。
第二个电路模块为独立主板模块，用于RTU自身的故障诊断分析，其独立主板的接口采用MINI PCI-E也就是无线网卡接口，而CPU芯片具有300M的运行能力，而且时钟的速度很快，可达到150MHz，支持SRAM也就是静态存储单元和外部I/O器件，以及5个片选信号，同时主板的存储能力也很强，具有512M的存储量，并且再断电后也能保持CPU一段时间内供电，将文件进行保存，这就保证了厂内报表输出的实时性和准确性，而其4G网络硬件单元，可用于支持全网网络传输，其插孔式和贴片式可以灵活将适用射频板直接集成，方便适用，提高产品硬件的集成度，
第三个模块为扩展模块，由保护被测试电路对象和AI采集电路这两个电路组成，可以减少环境干扰对信号的影响。
1、研究原则
为保证系统安全高效的工作， 需满足以3下个原则：
（1）安全性、可靠性与稳定性的实现， 尤其是要有可靠稳定的运行保护、数据采集、 控制
（2）实现系统设备之间的良好数据通信;
（3）环境适应能力良好，满足油田生需要。
2、RTU 系统设计
2.1 控制系统组成
远程测控系统（RTU） 是构成综合自动化系统的核心装置， 通常由指令控制器 （CPU） 及數据输入输出模块 （DI/ DO）、模拟量输入输出（AI/AO），数据通信部分、电源部分及辅助部件与柜体组成， RTU 控制系统控制柜外如图一所示。
2.2 主要功能
为保证系统正常工作， RTU 必须满足以下 5项功能：
（1） 数据采集： 采集压力、 流量、 位移、 载 荷、冲次等;
（2） 数据传输： 采集的数据通过无线方式进行传输;
（3） 数据监控： 上位机进行监测数 据和控制设备的动作;
（4） 数据存储： 所有数据进 行归档存储。
（5） 远程启停井以及冲刺调节
2.2 主要技术特性
RTU 具有如下3项主要的技术特性， 这些特性决定了RTU的性能。
（1） 极高的可靠性： 内置CPU芯片以及独立的MCU， SRAM 和外部I/O 器件，形成标准化产品， 可靠性高、稳定性强;
（2） 采用可换式电路板， 便于维护、维修、更换;
（3） 输入电压范围宽， 适用于电压波动大的场
（4） 模拟量与数字量输入输出扩展性强，方便， 可对单井位移、载荷、压力、温度、 流量、液位等信号进行数据采集、存储;
（5） 配置现场手操器， 易于形成无线数据传输与自动化控制;
三、现场应用情况
采油三厂采用A11的技术架构，RTU采用Zigbee下采、4G上传通信方式。
北二一联合站下属的剂量间/井，共有压力、温度、流量、液位等各类型仪表5000多块，监控131台设备，6种仪表数据进入A11系统平台：压力/界面（液位）/温度/液压/流量/电参。
（1）数据传输模式：
油井井口、计量间的仪表使用ZigBee协议将数据无线传输至RTU模块，再经由 4G网络将RTU模块采集到的数据传递给北二一联合站，北二一联合站将数据上传至A11平台。 （2）报表信息录入
1、210个参数（主要为生产参数）构成的报表系统，部分是巡检人员手工录入。
2、巡检人员进行站/间/井巡检;使用巡检手持器，可以将数据采集到A5系统（采油与地面工程运行管理系统）。
（3）未入系统的数据
联合站的加热炉系统、可燃气体报警系统，这2个系统的数据没有进入联合站监控平台，也没有进入A11平台。
（4）常用测量方式
油：容积式
水：电磁式
气：涡街式
电：智能电表（互感器）
示功图：位移载荷
3.1抽油井
通过无线功图传感器将抽油机实际数据采集至RTU并将历史数据上传至上位机生成示功图。首先，将功图传感器防掉绳绕过最近的钢缆，将快挂卡扣在防掉绳上。调整功图传感器位置，使抽油杆与功图开口两边的间隙尽量一致，现场安装图如图二所示。
3.2计量间
计量间到每个抽油井有单独管道，每根管道配一个温变;多根管道汇总到一起，配置一个压力表，现场安装图如图三所示。
3.3开发应用情况
目前大庆油田中的庆新油田，五厂，三厂，二厂在RTU数字化油田中逐步推进
但现有系统对RTU的链路故障以及死机状态的处理，只能采用重新开机来恢复RTU的工作状态，其次RTU的环境适应能力不是很好，在极冷或极热的状态下，都会导致RTU的死机状态，为了未来实现RTU下的智能化大庆油田全覆盖，如何处理和维护RTU是智能化油田的关键。
4、展望
（1）通过RTU采集到数据在云端数据处理，与边缘计算相结合，实现远程自动调节功能。
（2） 高抗寒、 耐高温研究。 采用新型保温膜材料， 提高 RTU野外现场恶劣环境的适用性。
（3） 无源 RTU 应用与研究。 在 RTU 柜体顶部安装太阳能电池板， 采用新型太阳能充电结合锂电池供电技术， 为 RTU 柜體提供所需的电源。
参考文献
1. 赵 云 峰 .SCADA 与 RTU： 构 筑 数 字 化 油 田[J]. 石油与装备 ，2011（06）：77-77.
2. 马 海 波 . RTU 远 动 装 置 的 改 造 升 级 [J].自动化应用 ，2016（04）
关键词：油田数字化;RTU;传感器
引言
国内油田目前处于智能化快速发展时期，中、小型站场也已经实现自控系统的全覆盖。但在油田井场建设方面，数字化、自动化建设还未实现，大部分生产数据录取还需要依靠人工取样完成。在消耗大量人工成本的同时，人工读取在及时性、准确性等方面都无法保障，给油田生产运维工作带来了较大的经济负担和安全隐患。实现单井生产的数字化、智能化迫在眉睫。20世纪80年代中期， 国外一些厂家利用其在数据采集转换及通信方面的优势， 采用单片机技术推出了远程测控终端系统（RTU）， 通过RTU 与上位计算机构成简单的SCADA系统。90年代末， 我国开始了解RTU系统， 而直到21世纪国内才真正意义上引入RTU系统，国内部分石油自动化研究所在消化吸收国外产品技术的同时， 也相继推出了以单片机为主要形式的自主品牌RTU设备。随着RTU技术的不断成熟、应用领域的不断拓展， 在油田SCADA系统中，选择一个传输及时、性能可靠、运行稳定的 RTU 势在必行。
一、RTU工作原理
RTU结合传感器，借助 4G/3G/2G 网络运营商（中国移动、联通或电信）现有的无线网络将传感器采集的数据入网并传回指定的数据中心;它也能通过 LAN 口直接借助现有的有线网络资源，将传感器采集的数据入网并传回指定的数据中心，可以说RTU既能适用野外远程监控，又能用于近距离大数据（通过 LAN 口）传输，既能通过无线射频模块组成无线传感网络，又能通过 RS485 口或 CAN 口组成分布式测试系统。
1、RTU的架构
RTU主要是由以下三种不同的集成电路模块组成：
第一块为电路模板，这个电路是独立电量采集模块，它主要用于交流电量的采集，这个电路上有两个原件，一个是三相四线制/三相三线制多功能芯片，其内置电压可用来监测电路，保障上电和断电时的稳定工作，另一个是独立的MCU单元也就是微型单片机控制单元用来保护电参的独立性，稳定性和可靠性。
第二个电路模块为独立主板模块，用于RTU自身的故障诊断分析，其独立主板的接口采用MINI PCI-E也就是无线网卡接口，而CPU芯片具有300M的运行能力，而且时钟的速度很快，可达到150MHz，支持SRAM也就是静态存储单元和外部I/O器件，以及5个片选信号，同时主板的存储能力也很强，具有512M的存储量，并且再断电后也能保持CPU一段时间内供电，将文件进行保存，这就保证了厂内报表输出的实时性和准确性，而其4G网络硬件单元，可用于支持全网网络传输，其插孔式和贴片式可以灵活将适用射频板直接集成，方便适用，提高产品硬件的集成度，
第三个模块为扩展模块，由保护被测试电路对象和AI采集电路这两个电路组成，可以减少环境干扰对信号的影响。
1、研究原则
为保证系统安全高效的工作， 需满足以3下个原则：
（1）安全性、可靠性与稳定性的实现， 尤其是要有可靠稳定的运行保护、数据采集、 控制
（2）实现系统设备之间的良好数据通信;
（3）环境适应能力良好，满足油田生需要。
2、RTU 系统设计
2.1 控制系统组成
远程测控系统（RTU） 是构成综合自动化系统的核心装置， 通常由指令控制器 （CPU） 及數据输入输出模块 （DI/ DO）、模拟量输入输出（AI/AO），数据通信部分、电源部分及辅助部件与柜体组成， RTU 控制系统控制柜外如图一所示。
2.2 主要功能
为保证系统正常工作， RTU 必须满足以下 5项功能：
（1） 数据采集： 采集压力、 流量、 位移、 载 荷、冲次等;
（2） 数据传输： 采集的数据通过无线方式进行传输;
（3） 数据监控： 上位机进行监测数 据和控制设备的动作;
（4） 数据存储： 所有数据进 行归档存储。
（5） 远程启停井以及冲刺调节
2.2 主要技术特性
RTU 具有如下3项主要的技术特性， 这些特性决定了RTU的性能。
（1） 极高的可靠性： 内置CPU芯片以及独立的MCU， SRAM 和外部I/O 器件，形成标准化产品， 可靠性高、稳定性强;
（2） 采用可换式电路板， 便于维护、维修、更换;
（3） 输入电压范围宽， 适用于电压波动大的场
（4） 模拟量与数字量输入输出扩展性强，方便， 可对单井位移、载荷、压力、温度、 流量、液位等信号进行数据采集、存储;
（5） 配置现场手操器， 易于形成无线数据传输与自动化控制;
三、现场应用情况
采油三厂采用A11的技术架构，RTU采用Zigbee下采、4G上传通信方式。
北二一联合站下属的剂量间/井，共有压力、温度、流量、液位等各类型仪表5000多块，监控131台设备，6种仪表数据进入A11系统平台：压力/界面（液位）/温度/液压/流量/电参。
（1）数据传输模式：
油井井口、计量间的仪表使用ZigBee协议将数据无线传输至RTU模块，再经由 4G网络将RTU模块采集到的数据传递给北二一联合站，北二一联合站将数据上传至A11平台。 （2）报表信息录入
1、210个参数（主要为生产参数）构成的报表系统，部分是巡检人员手工录入。
2、巡检人员进行站/间/井巡检;使用巡检手持器，可以将数据采集到A5系统（采油与地面工程运行管理系统）。
（3）未入系统的数据
联合站的加热炉系统、可燃气体报警系统，这2个系统的数据没有进入联合站监控平台，也没有进入A11平台。
（4）常用测量方式
油：容积式
水：电磁式
气：涡街式
电：智能电表（互感器）
示功图：位移载荷
3.1抽油井
通过无线功图传感器将抽油机实际数据采集至RTU并将历史数据上传至上位机生成示功图。首先，将功图传感器防掉绳绕过最近的钢缆，将快挂卡扣在防掉绳上。调整功图传感器位置，使抽油杆与功图开口两边的间隙尽量一致，现场安装图如图二所示。
3.2计量间
计量间到每个抽油井有单独管道，每根管道配一个温变;多根管道汇总到一起，配置一个压力表，现场安装图如图三所示。
3.3开发应用情况
目前大庆油田中的庆新油田，五厂，三厂，二厂在RTU数字化油田中逐步推进
但现有系统对RTU的链路故障以及死机状态的处理，只能采用重新开机来恢复RTU的工作状态，其次RTU的环境适应能力不是很好，在极冷或极热的状态下，都会导致RTU的死机状态，为了未来实现RTU下的智能化大庆油田全覆盖，如何处理和维护RTU是智能化油田的关键。
4、展望
（1）通过RTU采集到数据在云端数据处理，与边缘计算相结合，实现远程自动调节功能。
（2） 高抗寒、 耐高温研究。 采用新型保温膜材料， 提高 RTU野外现场恶劣环境的适用性。
（3） 无源 RTU 应用与研究。 在 RTU 柜体顶部安装太阳能电池板， 采用新型太阳能充电结合锂电池供电技术， 为 RTU 柜體提供所需的电源。
参考文献
1. 赵 云 峰 .SCADA 与 RTU： 构 筑 数 字 化 油 田[J]. 石油与装备 ，2011（06）：77-77.
2. 马 海 波 . RTU 远 动 装 置 的 改 造 升 级 [J].自动化应用 ，2016（04）