1 DCS系統概述與系統原理
1．1 DCS簡介
DCS(Total Distributed Control System)是以微處理器為基礎的集中分散型控制系統。自20世紀70年代中期首次推出后，就一直占主導地位的控制系統框架。它的主要特征是集中管理和分散控制相結合，與模擬電動儀表較，具有連接方便、數據存儲量大等優點；與計算機集中控制系統比較，它具有操作監督方便、危險分散、功能分散等優點，但其信號傳送一般采用4～20 mA的電流信號形式，一個變送器或執行機構需要一對傳輸線來單向傳送一個模擬信號。抽油機工作看似簡單，實際由于油井分布的面積大分散性等特點，對于油田企業來講，對其采油生產過程進行自動檢測、順序控制就是一個很龐大的工作。應用自動數據采集控制系統，可以對單井抽油機的工作狀態進行實時監測，對生產設備進行自我保護與自我控制，可以大大提高其運行效率。
1．2 結合DCS模型設計數據采集系統的三層結構原理
1．2．1 抽油機數據采集的三層功能概述
傳統的DCS分三層網絡結構：生產管理級，監控級和過程控制級等。在油井數據采集系統中，過程控制級是整個采集系統的關鍵部分。其性能影響著油井抽油機各種參數信息的實時性、抽油機狀態的運行判斷以及管理決策的正確性。該系統中的過程控制級完成抽油機的運行參數的檢測任務。監控級則通過協調過程控制設備，實現抽油機工作過程的動態管理及停開操作。生產管理級完成制定生產計劃和工藝流程。DCS使用相對集中的控制站，完成生產過程中各個局部的控制作用，實現分散、數字化的控制過程。
1．2．2 采集數據信息的分類
根據控制理論可知，控制系統的數據信息可以劃分為設定量、擾動量、反饋量及輸出量。在抽油機生產數據采集系統中，也可以分為這四類相對應的因素：設定量是依據當前抽油機的各項標準參數如井口回壓、出油溫度、套壓等；擾動量是外界人為因素和各項干擾影響因素，即各種設備的誤差及其后對現場環境的影響等要素；輸出量是經過測量的各項生產技術指標量；反饋量是對輸出量進行信息采集處理后，將參與和設定量比較的量。同樣將油田抽油機的數據采集系統應用同樣的工作原理，設定量輸入系統并受擾動量作用后，經系統功能轉換產生目標近似輸出量，然后對輸出量進行信息采集處理并反饋到設定量，從而形成新的設定量，同時進一步修改并精確設定當前抽油機效率最優參數標準值，從而達到控制原油開采的目的。當抽油機發生器械故障導致停井時，工作人員可以第一時間發現，并且根據系統采集數據分析故障原因，迅速派出維修人員抵達現場，進行設備的維修，最大限度降低了因抽油機故障造成的原有生產損失。

2 抽油機數據采集系統功能的實現
油井數據采集管控系統，是集抽油機生產控制、數據監測和管理于一體的生產過程自動化控制體系。該系統以油田作業的抽油機運行管理為對象，以智能測控儀器儀表為窗口，通過計算機網絡通信將計算機網絡延伸到油井的井口，形成了油井數據采集自控系統，實現油井信息的快速獲取、信息集中處理、分析、診斷和反饋控制。具體實現項目的系統功能，是由系統主機、過程機和直接數字控制分別完成統一組成的。在計劃系統里，各種傳感器和智能儀表為測量控制級，以控制器或PLC為核心的下位機系統構成了整個油田的生產系統的操作級，用具有網絡功能的控制主機為上位機構成了數據采集控制系統的監控級。各子系統之間具有自己獨立的網絡系統和布線系統，并通過網絡與公司其他生產單元監控操作站相連，同時監控操作站又與企業信息網相連，將生產數據發送到公司管理部門。
2．1 系統的設計與實現功能
油井生產管理自動化控制系統采用分層控制結構。形成以多臺計算機為基礎的分散型控制系統。采用過程裝置控制設備和多個控制卡及I／O子系統模板組成過程裝置控制級，通過通信網絡將過程信息傳送到上、下級。抽油機數據采集的功能分層是根據集散控制系統的體系特征而設計，它充分反映集散控制系統的分散控制、集中管理的特點。抽油機運行信息自下向上到管理層逐漸集中，同時，它又自管理層向下至生產一線逐漸分散。其簡單系統框圖如圖1所示。

2．1．1 生產管理級功能介紹
系統生產管理級(中心控制室)主要用于完成對整個系統各子功能的控制及調度。流程圖顯示功能模塊完成各個工作區域的流程圖和相應參數變化情況的顯示。歷史趨勢及棒形圖顯示模塊：實現歷史生產狀況的趨勢再現和與之對應時間點的棒形圖及數據表格顯示。控制主機系統軟件的主要功能是通過通信網絡實現上位機與下位機間的數據傳輸，以及將下位機實時采集的數據進行處理，包括存入數據庫、進行流圖顯示，還有數據表的顯示及各種要求的報表打印輸出。控制主機LED顯示大屏幕可以顯示油井分布圖并且定義多個測控畫面，每個測控畫面上可以顯示多個測控參數，比如可以實時顯示電流、電壓、溫度、油壓等參數。通過控制主機實現抽油機的停開機的網絡控制；油井故障實時顯示報警，包括故障發生時間和故障原因；基本實現數據在線分析診斷，具有計算流壓、系統效率、抽油桿、抽油泵、抽油機分析，功圖量油比較，智能診斷等功能。
2．1．2 監控級是功能介紹
系統的控監控級(油井工作站)主要完成系統內部通信鏈路的建立及數據信息流的傳輸。油井工作站既是中心控制室與智能測控終端的中間站，又可獨立運行。數據采集及系統內部通信是該系統的核心。可以完成功能包括：初始化系統參數、運行參數設置、修改及對所有智能測控終端進行各類參數范圍和功能的設置；對所有智能測控終端定時校對；定檢、自動巡檢(自動校對、通信、測量等)；故障處理(日志、實時響應)；功圖管理(比較、備份、分析)；對終端檢測的抽油井故障進行報警和顯示。