1 DCS系统概述与系统原理
1．1 DCS简介
DCS(Total Distributed Control System)是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。自20世纪70年代中期首次推出后，就一直占主导地位的控制系统框架。它的主要特征是集中管理和分散控制相结合，与模拟电动仪表较，具有连接方便、数据存储量大等优点；与计算机集中控制系统比较，它具有操作监督方便、危险分散、功能分散等优点，但其信号传送一般采用4～20 mA的电流信号形式，一个变送器或执行机构需要一对传输线来单向传送一个模拟信号。抽油机工作看似简单，实际由于油井分布的面积大分散性等特点，对于油田企业来讲，对其采油生产过程进行自动检测、顺序控制就是一个很庞大的工作。应用自动数据采集控制系统，可以对单井抽油机的工作状态进行实时监测，对生产设备进行自我保护与自我控制，可以大大提高其运行效率。
1．2 结合DCS模型设计数据采集系统的三层结构原理
1．2．1 抽油机数据采集的三层功能概述
传统的DCS分三层网络结构：生产管理级，监控级和过程控制级等。在油井数据采集系统中，过程控制级是整个采集系统的关键部分。其性能影响着油井抽油机各种参数信息的实时性、抽油机状态的运行判断以及管理决策的正确性。该系统中的过程控制级完成抽油机的运行参数的检测任务。监控级则通过协调过程控制设备，实现抽油机工作过程的动态管理及停开操作。生产管理级完成制定生产计划和工艺流程。DCS使用相对集中的控制站，完成生产过程中各个局部的控制作用，实现分散、数字化的控制过程。
1．2．2 采集数据信息的分类
根据控制理论可知，控制系统的数据信息可以划分为设定量、扰动量、反馈量及输出量。在抽油机生产数据采集系统中，也可以分为这四类相对应的因素：设定量是依据当前抽油机的各项标准参数如井口回压、出油温度、套压等；扰动量是外界人为因素和各项干扰影响因素，即各种设备的误差及其后对现场环境的影响等要素；输出量是经过测量的各项生产技术指标量；反馈量是对输出量进行信息采集处理后，将参与和设定量比较的量。同样将油田抽油机的数据采集系统应用同样的工作原理，设定量输入系统并受扰动量作用后，经系统功能转换产生目标近似输出量，然后对输出量进行信息采集处理并反馈到设定量，从而形成新的设定量，同时进一步修改并精确设定当前抽油机效率最优参数标准值，从而达到控制原油开采的目的。当抽油机发生器械故障导致停井时，工作人员可以第一时间发现，并且根据系统采集数据分析故障原因，迅速派出维修人员抵达现场，进行设备的维修，最大限度降低了因抽油机故障造成的原有生产损失。

2 抽油机数据采集系统功能的实现
油井数据采集管控系统，是集抽油机生产控制、数据监测和管理于一体的生产过程自动化控制体系。该系统以油田作业的抽油机运行管理为对象，以智能测控仪器仪表为窗口，通过计算机网络通信将计算机网络延伸到油井的井口，形成了油井数据采集自控系统，实现油井信息的快速获取、信息集中处理、分析、诊断和反馈控制。具体实现项目的系统功能，是由系统主机、过程机和直接数字控制分别完成统一组成的。在计划系统里，各种传感器和智能仪表为测量控制级，以控制器或PLC为核心的下位机系统构成了整个油田的生产系统的操作级，用具有网络功能的控制主机为上位机构成了数据采集控制系统的监控级。各子系统之间具有自己独立的网络系统和布线系统，并通过网络与公司其他生产单元监控操作站相连，同时监控操作站又与企业信息网相连，将生产数据发送到公司管理部门。
2．1 系统的设计与实现功能
油井生产管理自动化控制系统采用分层控制结构。形成以多台计算机为基础的分散型控制系统。采用过程装置控制设备和多个控制卡及I／O子系统模板组成过程装置控制级，通过通信网络将过程信息传送到上、下级。抽油机数据采集的功能分层是根据集散控制系统的体系特征而设计，它充分反映集散控制系统的分散控制、集中管理的特点。抽油机运行信息自下向上到管理层逐渐集中，同时，它又自管理层向下至生产一线逐渐分散。其简单系统框图如图1所示。

2．1．1 生产管理级功能介绍
系统生产管理级(中心控制室)主要用于完成对整个系统各子功能的控制及调度。流程图显示功能模块完成各个工作区域的流程图和相应参数变化情况的显示。历史趋势及棒形图显示模块：实现历史生产状况的趋势再现和与之对应时间点的棒形图及数据表格显示。控制主机系统软件的主要功能是通过通信网络实现上位机与下位机间的数据传输，以及将下位机实时采集的数据进行处理，包括存入数据库、进行流图显示，还有数据表的显示及各种要求的报表打印输出。控制主机LED显示大屏幕可以显示油井分布图并且定义多个测控画面，每个测控画面上可以显示多个测控参数，比如可以实时显示电流、电压、温度、油压等参数。通过控制主机实现抽油机的停开机的网络控制；油井故障实时显示报警，包括故障发生时间和故障原因；基本实现数据在线分析诊断，具有计算流压、系统效率、抽油杆、抽油泵、抽油机分析，功图量油比较，智能诊断等功能。
2．1．2 监控级是功能介绍
系统的控监控级(油井工作站)主要完成系统内部通信链路的建立及数据信息流的传输。油井工作站既是中心控制室与智能测控终端的中间站，又可独立运行。数据采集及系统内部通信是该系统的核心。可以完成功能包括：初始化系统参数、运行参数设置、修改及对所有智能测控终端进行各类参数范围和功能的设置；对所有智能测控终端定时校对；定检、自动巡检(自动校对、通信、测量等)；故障处理(日志、实时响应)；功图管理(比较、备份、分析)；对终端检测的抽油井故障进行报警和显示。