油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)
摘 要:本文提出了一種基于GPRS 的輸油管道遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理和實現(xiàn)方案,簡要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識,描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于石油化工數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法。通過實際應(yīng)用,獲得了理想的效果。
關(guān)鍵詞:GPRS;DDN;環(huán)保;輸油;在線;遠程;監(jiān)控;油井
一、背景介紹
由于油田所在地理位置往往具有特殊的環(huán)境,因而實現(xiàn)油田之間的通信首要問題就是要克服地理環(huán)境所帶來的限制,架設(shè)一個龐大的通信系統(tǒng)是一個費時耗資金的過程,也給系統(tǒng)維護帶來很大的困難,地形的起伏不平導(dǎo)致鋪設(shè)電纜后不宜傳導(dǎo),同時電纜穿過煉油廠可能是潛在的危險。GPRS無線網(wǎng)絡(luò)在油井監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用充分發(fā)揮了它的優(yōu)勢,以上所描述的問題迎刃而解。目前,全國許多大油田都已經(jīng)在使用GPRS無線技術(shù),為油田的生產(chǎn)和管理提供了很大的便利,大大提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。
二、系統(tǒng)特點
GPRS無線網(wǎng)絡(luò)具備如下特點:
1、良好的實時響應(yīng)與處理能力:與短消息服務(wù)比較,由于GPRS具有實時在線特性,系統(tǒng)無時延,系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù),無需輪巡就可以同步監(jiān)測點的時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
2、遠程儀器設(shè)備控制:由于采用GPRS雙向傳輸系統(tǒng),監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對儀器設(shè)備的時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)以及其他監(jiān)測、控制等功能;
3、建設(shè)成本低:可充分利用現(xiàn)有GPRS網(wǎng)絡(luò),設(shè)備安裝即接通,而采用超短波通信時需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境,還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備。
4、安裝調(diào)試簡單,建設(shè)周期短:利用現(xiàn)有成熟GPRS網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)投入運行時基本不需要調(diào)試,安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調(diào)試工作量大,要先進行現(xiàn)場信號測試,天線鐵架架設(shè),天線方向角度調(diào)試等工作。
5、覆蓋范圍廣:構(gòu)建油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣,擴容無限制,接入地點無限制,能滿足山區(qū),鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于監(jiān)控點數(shù)量眾多,部分監(jiān)控點位于偏僻地區(qū),而且地理位置分散。采用超短波通訊方式,覆蓋范圍只有30多公里;而用GPRS方式,理論上在無線GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi),都可以實現(xiàn)監(jiān)控。
6、數(shù)據(jù)傳輸速率高:GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達171.2Kbps,實際應(yīng)用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40 Kbps左右,而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。
7、系統(tǒng)的傳輸容量大:監(jiān)控中心站要和每一個管網(wǎng)監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接。由于監(jiān)控點數(shù)量眾多,系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
8、通信費用低,可按時間和流量進行收費。
9、系統(tǒng)易于擴展和維護。
三、系統(tǒng)組成
(圖)油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
GPRS油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用集散式監(jiān)控結(jié)構(gòu)主要由監(jiān)控中心,GPRS DTU(GPRS數(shù)傳),油井?dāng)?shù)據(jù)采集終端三部分組成。
1、油井?dāng)?shù)據(jù)采集終端
油井?dāng)?shù)據(jù)終端可檢測抽油機的載荷,電潛泵井電機電流,功率因數(shù),井口溫度,井口壓力,井底流量等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備通過RS232/RS485/RS422串口把采集到的數(shù)據(jù)傳送給GPRS DTU。通過GPRS DTU接入移動公司為油田中心站提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對油田信息采集點的接入地點,時間,數(shù)量沒有限制可以隨時增減??梢詽M足山區(qū),偏遠地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
采集終端主要功能:自動監(jiān)測,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。還有輔助分析功能及時發(fā)現(xiàn)停電,缺相,油管堵塞,盜油,液面過低,配重不平衡等異常情況。
2、GPRS DTU介紹
DTU是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal unit),可以理解為下位GPRS發(fā)射終端,在進行通信時,傳輸數(shù)據(jù)的鏈路兩端肯定存在DTU,在它的作用下對所傳信息進行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)整理校驗。
GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點之一就是支持GPRS終端設(shè)備持續(xù)在線,因此GPRS DTU在設(shè)計上都支持持續(xù)在線功能,這就要求DTU包含了上電自動撥號、采用心跳包保持持續(xù)在線(當(dāng)長時間沒有數(shù)據(jù)通信時,移動網(wǎng)關(guān)將斷開DTU與中心的連接,心跳包就是DTU與數(shù)據(jù)中心在連接被斷開之前發(fā)送一個小數(shù)據(jù)包,以保持連接不被斷開),支持?jǐn)嗑€自動重連,自動重?fù)芴柕忍攸c。
3、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心
本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL,LAN等INTELNET公網(wǎng)連接或移動提供DDN專線接入方式連接,GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后,它會根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址來主動訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器,通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號,當(dāng)主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時,它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應(yīng)的終端,將命令下發(fā)到該終端,終端響應(yīng)后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口,通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站,即完成了一個應(yīng)答式的通訊流程,當(dāng)油田信息采集點數(shù)量增加,中心不用擴容即可滿足需求。
在數(shù)據(jù)監(jiān)控中心監(jiān)控室能迅速準(zhǔn)確掌握油田管理局轄區(qū)內(nèi)各種油井的工作狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)隱患,遙控啟停抽油設(shè)備??梢圆杉鎯λ袡z測數(shù)據(jù),如采油設(shè)備上的電壓,溫度,壓力,流量,液位,界面,含水等參數(shù)。 同時也具有系統(tǒng)報警功能,系統(tǒng)綜述功能。
四、系統(tǒng)安全性
系統(tǒng)需要很高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破壞,網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行,即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,系統(tǒng)也不能中斷運行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng),采用VPN方式成本比較低,企業(yè)不用租用專線,還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備,移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式,客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前,要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護,安全性比較高,可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。另外,數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式,租用專線接入到移動公司的GGSN設(shè)備上,這種成本高,安全性高,穩(wěn)定可靠。
對于安全性要求非常高的系統(tǒng),可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式,進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式:企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器,移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù),用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離,可對 整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護,有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的號碼,對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權(quán),在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定,劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN,移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡(luò)接入,普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶,可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼,其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng),系統(tǒng)的安全性進一步增強。
五、總結(jié)
該監(jiān)控系統(tǒng)中,使用組態(tài)軟件和GPRS無線數(shù)傳終端,系統(tǒng)無線遙測遙控主機(RTU)將檢測到的單口采油井的現(xiàn)場狀態(tài),通過無線方式傳送給監(jiān)控中心,從而實現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控,減少人員投入,有力的縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間,極大的提高了生產(chǎn)效率,同時系統(tǒng)的性價比特高。另外,本系統(tǒng)還非常適合輸油管漏油,盜油監(jiān)測,在實際應(yīng)用中,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
采用GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)通訊方法解決了遠程監(jiān)測系統(tǒng)的通訊問題,比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優(yōu)越性。隨著GPRS網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟,GPRS的應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣闊。
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