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        解決方案solution

        油田遠程監控系統方案
        一、項目背景

               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,油區地理位置分散,生產作業流動性大,野外施工環境惡劣。如何能更好地實現監測每一個鉆井平臺的工作狀態和生產數據,一直是油田管理層思考的大事。遼河油田地跨遼寧、內蒙兩省區的13個地市,下設采油、科研、集輸、銷售等20個二級單位,油區地理位置分散,生產作業流動性大,野外施工環境惡劣。同時,遼河油田擁有生產油井近3萬口,分布零散,如何能及時掌握油井的生產狀態信息,成為提高遼河油田生產率的關鍵。以往單純依靠手工現場收集數據的方式不僅不能滿足遼河油田的生產需要,而且成為制約企業快速發展的瓶徑。


               目前GPRS已經在很多領域有比較廣泛成熟的應用,借助GPRS組網方案的應用,可以大大地提高遼河油田的生產作業效率和信息化管理水平。


        二、項目分析

        2.1 系統組成

        2.1.1油田數據采集終端

               采集終端負責采集各個機井的工作壓力、采油時電壓、蒸汽溫度等數據,這些數據對判斷設備的工作狀況非常重要。

        2.1.2無線傳輸設備

               油田分布廣泛而且都非常偏遠,給安裝維護帶來不少困難,鑒于對通訊模塊的要求,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、配置使用簡單、即插即用。支持主備數據通道、并行多數據通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網絡接入等功能不僅可以保障數據安全可靠還能讓客戶根據需傳輸節省資費。

        2.1.3數據管理中心

               主要的部分有油田中心監控計算機的操作系統、井口微型計算機掃描和通信程序和在油田中心生產監控系統中編制報表、分析數據和通信用的軟件。

              ① 自動收集和認可從遠程井口微型計算機傳輸來的數據,每口井具有其自己的識別特征; 

              ② 自動檢查錯誤,如果需要還可重新傳輸; 

              ③ 可設定報警標準,一旦數據達到或超過報警值則自動彈出報警信息; 

              ④ 對數據信息進行分析,從而制定產量及時間報表,且提供趨勢分析圖表,直觀的現實數據參數,給后期計劃提供數據支持。

        2.2 系統總架構

               油田采集終端通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接,數據監控中心可以采用多種方式連接網絡,例如固定IP、APN、ADSL等。

         

               無線傳輸設備F2103通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機,與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數據通道。當采集終端需要上報數據的時候將數據直接送往串口,此時F2103就會把收到的數據原封不動地發送到數據中心服務器主機。當數據中心下發的命令或數據通過通道傳輸到F2103后,F2103通過串口送到采集終端,從而實現了數據雙向透明傳輸。

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        2.3系統實現功能

               1、數據檢測功能:自動監測、記錄采油設備上的電壓、電流、電度、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報警等數據。采集數據的格式為模擬、數字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。

               2、數據共享功能:所測數據以及采油設備的工作狀態可以傳輸到局域網上,實現多方遠程數據共享。

               3、顯示功能:總流程顯示、分組流程顯示、全部數據列表、分組數據列表、單個儀表歷史數據列表,對于日、月、年顯示、故障列表顯示。

               4、輔助分析功能:及時發現停電、缺相、油管堵塞、盜油、液面過低、配重不平衡等異常情況。

               5、報警功能:如果檢測值超過設定范圍,即聲光告警,并能在屏幕上顯示出現問題的儀表名稱以及參數超出的范圍,若有多個數據報警,將按順序顯示超值列表。

               6、權限設置功能:權限設置分一般操作員、管理員、超級系統管理三種。利用輸入用戶名和密碼加以限制

         

        三、項目架構實施

        3.1 傳輸模塊與油田采集終端連接

         

              油田數據采集過程中,首先將各處傳感器的數據進行集中,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:

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        3.2 數據中心網絡接入方式分析

        1.專線接入

               中心采用APN專線, 所有點都采用內網固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡,雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接,在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN,普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN,防止其他非法用戶的進入。


               用戶在內部建立RADIUS服務器,作為內部用戶接入的遠程認證服務器(或在APN路由器內,啟用路由器本地認證功能)。只有通過認證的用戶才允許接入,用以保證用戶內部安全。
         

               用戶在內部建立DHCP服務器(或在APN路由器內,啟用DHCP功能),為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離,并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性,安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高,適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。


        2. ADSL撥號連接(動態公網IP地址)

               中心采用ADSL等INTELNET公網連接,采用公網動態IP+DNS解析服務的??蛻粝扰cDNS服務商聯系開通動態域名,IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器,再由DNS服務器找到中心公網動態IP,建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用,但穩定性受制于DNS服務器的穩定,所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。


        3. 通過固定公網IP連接

               中心采用ADSL等INTELNET公網連接,采用公網固定IP服務的。此種方案先向INT ERNET運營商申請ADSL等寬帶業務,中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發起連接。運行可靠穩定,推薦此種方案。


        3.3 數據中心軟件平臺構建

               中心端軟件的構建有多種方式,對于傳入數據的方式的不同,我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現中心端的數據接收和現場設備的管理。


        目前四信提供三種方式的中心接口:

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               1.首先是對于組態軟件,目前很多組態軟件廠家已經集成了我們的驅動了,可以直接配置使用;

               2.對于后臺中心軟件只讀串口數據的情況,提供一個虛擬串口軟(TCP2COM),利用虛擬串口軟件可以將以太網數據轉化為串口數據,從而實現利用無線公網傳輸數據且又對現有系統不做修改的完美結合。

               3.在客戶想要開發自己的數據中心是,此時我公司會提供一個動態鏈接庫,利用動態鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接,同時會提供一個的數據中心DEMO軟件,不僅開放源碼還全程協助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發??蛻艨赡芡ㄟ^動態鏈接庫快速開發一個靈活的,穩定的,功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件。


        下圖為后臺中心管理軟件:
         

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        四、方案特點

         

               1. 采用GPRS 無線組網方式,解決了油田分布散且偏遠的困難,完全不受地理和采集點的約束,而且利用公共網絡組網方便,費用低廉。

               2. 采用數據中心統一管理的組網方式,結合F2103已經GPRS的網絡特點,在現有工程上增加新的監測傳輸點變得十分便捷,且用對現有的工程結構不產生任何影響,極大的體現了遠程監控網絡的靈活性。

               3. F2103 IP MODEM 采用標準的工業串口通信,即插即用,無需太多的專業技能和知識既能很快完成操作,且高規格的模具設計,體積小巧方便維護。

               4. 油田設備都是長期夜以繼日的運行工作著,而且當地環境氣候都比較惡劣,要時刻保持工作狀態的監測,四信IP MODEM采用高性能工業級處理器以及看門狗等安全機制設計,保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟,保證IP MODEM 永遠在線,通信鏈路永遠正常。

                5. 采用多中心設計,可同時設置5個中心監控采集現場,避免因某個中心網絡不穩定或者關閉導致無法對礦井現場進行監控而產生安全隱患。

                6. 礦井一般都在偏遠地區且,在此F2103進行人性化工程設計,可是工程人員無需到現場就可以遠程直接對網絡參數進行相應的配置,達到時間和人力的合理利用。

                7. 高規格材料選配,可在 -25~+65ºC、 相對濕度 95%(無凝結)環境下正常工作。

                8. 多協議支持,四信IP MODEM支持透明TCP 、UDP傳輸協議和自定義應用協議等功能,給用戶更多的選擇空間。


        五、小結

               目前油田無線遠程監控的工程應用已經十分廣泛和成熟,得到的效果也是顯而易見的,不僅擺脫了低效率的人工監測,且大大降低了油田的安全隱患,提高了油田的整體經營效率,無線應用在各行各業扮演者越來越重要的角色。

        關鍵字: 油田方案 油田監控系統 油田監控

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