一、項(xiàng)目背景
在廣袤寬闊的遼河三角洲上，到處都能看到正在工作的采油鉆井，油區(qū)地理位置分散，生產(chǎn)作業(yè)流動(dòng)性大，野外施工環(huán)境惡劣。如何能更好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)每一個(gè)鉆井平臺(tái)的工作狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，一直是油田管理層思考的大事。
遼河油田地跨遼寧、內(nèi)蒙兩省區(qū)的13個(gè)地市，下設(shè)采油、科研、集輸、銷售等20個(gè)二級(jí)單位，油區(qū)地理位置分散，生產(chǎn)作業(yè)流動(dòng)性大，野外施工環(huán)境惡劣。同時(shí)，遼河油田擁有生產(chǎn)油井近3萬(wàn)口，分布零散，如何能及時(shí)掌握油井的生產(chǎn)狀態(tài)信息，成為提高遼河油田生產(chǎn)率的關(guān)鍵。以往單純依靠手工現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)的方式不僅不能滿足遼河油田的生產(chǎn)需要，而且成為制約企業(yè)快速發(fā)展的瓶徑。
目前GPRS已經(jīng)在很多領(lǐng)域有比較廣泛成熟的應(yīng)用，借助GPRS組網(wǎng)方案的應(yīng)用，可以大大地提高遼河油田的生產(chǎn)作業(yè)效率和信息化管理水平。
二、項(xiàng)目分析
2.1 系統(tǒng)組成
2.1.1油田數(shù)據(jù)采集終端
采集終端負(fù)責(zé)采集各個(gè)機(jī)井的工作壓力、采油時(shí)電壓、蒸汽溫度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)判斷設(shè)備的工作狀況非常重要。
2.1.2無(wú)線傳輸設(shè)備
油田分布廣泛而且都非常偏遠(yuǎn)，給安裝維護(hù)帶來(lái)不少困難，鑒于對(duì)通訊模塊的要求，我們選擇廈門四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM。它具有體積小、功耗低、配置使用簡(jiǎn)單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道、實(shí)時(shí)在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費(fèi)。
2.1.3數(shù)據(jù)管理中心
主要的部分有油田中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)、井口微型計(jì)算機(jī)掃描和通信程序和在油田中心生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中編制報(bào)表、分析數(shù)據(jù)和通信用的軟件。
① 自動(dòng)收集和認(rèn)可從遠(yuǎn)程井口微型計(jì)算機(jī)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，每口井具有其自己的識(shí)別特征；
② 自動(dòng)檢查錯(cuò)誤，如果需要還可重新傳輸；
③ 可設(shè)定報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，一旦數(shù)據(jù)達(dá)到或超過(guò)報(bào)警值則自動(dòng)彈出報(bào)警信息；
④ 對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，從而制定產(chǎn)量及時(shí)間報(bào)表，且提供趨勢(shì)分析圖表，直觀的現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)參數(shù)，給后期計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支持。
2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)
油田采集終端通過(guò)RS232/485通訊接口與F2103串口連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網(wǎng)絡(luò)，例如固定IP、APN、ADSL等。
無(wú)線傳輸設(shè)備F2103通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，與中心建立TCP/IP連接后開(kāi)啟透明數(shù)據(jù)通道。當(dāng)采集終端需要上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時(shí)F2103就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)。當(dāng)數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)通過(guò)通道傳輸?shù)?/font>F2103后，F2103通過(guò)串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能
1、數(shù)據(jù)檢測(cè)功能：自動(dòng)監(jiān)測(cè)、記錄采油設(shè)備上的電壓、電流、電度、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報(bào)警等數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)的格式為模擬、數(shù)字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。
2、數(shù)據(jù)共享功能：所測(cè)數(shù)據(jù)以及采油設(shè)備的工作狀態(tài)可以傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)多方遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享。
3、顯示功能：總流程顯示、分組流程顯示、全部數(shù)據(jù)列表、分組數(shù)據(jù)列表、單個(gè)儀表歷史數(shù)據(jù)列表，對(duì)于日、月、年顯示、故障列表顯示。
4、輔助分析功能：及時(shí)發(fā)現(xiàn)停電、缺相、油管堵塞、盜油、液面過(guò)低、配重不平衡等異常情況。
5、報(bào)警功能：如果檢測(cè)值超過(guò)設(shè)定范圍，即聲光告警，并能在屏幕上顯示出現(xiàn)問(wèn)題的儀表名稱以及參數(shù)超出的范圍，若有多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)警，將按順序顯示超值列表。
6、權(quán)限設(shè)置功能：權(quán)限設(shè)置分一般操作員、管理員、超級(jí)系統(tǒng)管理三種。利用輸入用戶名和密碼加以限制
三、項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施
3.1 傳輸模塊與油田采集終端連接
油田數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，首先將各處傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中，集中器采用232/485通信接口，四信F2103即采用232/485通信方式，兩者連接如下圖：
3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式分析
1.專線接入
中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過(guò)一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)?/font>APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。
用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過(guò)認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過(guò)認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。此種方案無(wú)論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
2. ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開(kāi)通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
3. 通過(guò)固定公網(wǎng)IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INT ERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3.3 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建
中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來(lái)幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
1.首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；
2.對(duì)于后臺(tái)中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)利用無(wú)線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的完美結(jié)合。
3.在客戶想要開(kāi)發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心是，此時(shí)我公司會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)客戶可以很輕松的與傳輸通道進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)會(huì)提供一個(gè)的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開(kāi)放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開(kāi)發(fā)。客戶可能通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)快速開(kāi)發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。
下圖為后臺(tái)中心管理軟件：
四、方案特點(diǎn)
1. 采用GPRS 無(wú)線組網(wǎng)方式，解決了油田分布散且偏遠(yuǎn)的困難，完全不受地理和采集點(diǎn)的約束，而且利用公共網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方便，費(fèi)用低廉。
2. 采用數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理的組網(wǎng)方式，結(jié)合F2103已經(jīng)GPRS的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，在現(xiàn)有工程上增加新的監(jiān)測(cè)傳輸點(diǎn)變得十分便捷，且用對(duì)現(xiàn)有的工程結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何影響，極大的體現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的靈活性。
3. F2103 IP MODEM 采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)串口通信，即插即用，無(wú)需太多的專業(yè)技能和知識(shí)既能很快完成操作，且高規(guī)格的模具設(shè)計(jì)，體積小巧方便維護(hù)。
4. 油田設(shè)備都是長(zhǎng)期夜以繼日的運(yùn)行工作著，而且當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候都比較惡劣，要時(shí)刻保持工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級(jí)處理器以及看門狗等安全機(jī)制設(shè)計(jì)，保證IP MODEM 萬(wàn)一通信中斷也會(huì)自行檢測(cè)然后自動(dòng)斷電重啟，保證IP MODEM 永遠(yuǎn)在線，通信鏈路永遠(yuǎn)正常。
5. 采用多中心設(shè)計(jì)，可同時(shí)設(shè)置5個(gè)中心監(jiān)控采集現(xiàn)場(chǎng)，避免因某個(gè)中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無(wú)法對(duì)礦井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。
6. 礦井一般都在偏遠(yuǎn)地區(qū)且，在此F2103進(jìn)行人性化工程設(shè)計(jì)，可是工程人員無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)就可以遠(yuǎn)程直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配置，達(dá)到時(shí)間和人力的合理利用。
7. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65oC、 相對(duì)濕度 95%(無(wú)凝結(jié))環(huán)境下正常工作。
8. 多協(xié)議支持，四信IP MODEM支持透明TCP 、UDP傳輸協(xié)議和自定義應(yīng)用協(xié)議等功能，給用戶更多的選擇空間。
五、小結(jié)
目前油田無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控的工程應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛和成熟，得到的效果也是顯而易見(jiàn)的，不僅擺脫了低效率的人工監(jiān)測(cè)，且大大降低了油田的安全隱患，提高了油田的整體經(jīng)營(yíng)效率，無(wú)線應(yīng)用在各行各業(yè)扮演者越來(lái)越重要的角色。
