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        油田無線通信技術(shù)應(yīng)用分析

        2010-04-17 07:52:44
        科技傳播 2010年6期
        關(guān)鍵詞:能量消耗光纖油田

        張 敏

        中國石油長慶油田分公司通信處,陜西 西安 710201

        1 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

        油田的采油作業(yè)區(qū)、輸油管線、泵站和儲油罐等大都分布在野外,地域?qū)拸V,上百平方公里以上,地表環(huán)境復(fù)雜。長期以來,巡視員或維修工的定期巡查是不可或缺的,但隨著油田現(xiàn)代化管理進(jìn)程的不斷加快,迫切需要一種全天候的、24小時無人值守的監(jiān)控方式,以保證采油井、輸油管和儲油罐不會因復(fù)雜的工作狀況、現(xiàn)場人員的違章操作、不法分子的蓄意破壞等造成不必要的損失。因此,部署一套無線視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和無線工況數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是非常有必要的。在通常情況下,由于監(jiān)控點(diǎn)分布在較廣闊的范圍內(nèi),并且與監(jiān)控中心的距離較遠(yuǎn),利用傳統(tǒng)的有線連接方式,線路鋪設(shè)成本高昂,而且施工周期長,或者因?yàn)槲锢硪蛩仉y以架設(shè)線纜,如遇到河流山脈等障礙時,傳統(tǒng)的有線方式都不能很好的完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。無線視頻監(jiān)控解決方案可很好地解決上述問題。油田采用PowerMesh無線視頻監(jiān)控解決方案,無需鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)電纜,可迅速方便地在各種需要的地方布署數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備,在需要數(shù)據(jù)監(jiān)控的地點(diǎn)部署一套數(shù)據(jù)采集傳感器,建立全新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng),具有很強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)充性。采油作業(yè)區(qū)采用PowerMesh無線接入設(shè)備,將數(shù)十個監(jiān)測點(diǎn)與中央控制中心連接起來?,F(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)安裝的攝像機(jī)所攝錄的實(shí)時、高清晰視頻圖像通過無線MESH網(wǎng)絡(luò)回傳到作業(yè)區(qū)的監(jiān)控中心,同時也完成了遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)的控制和設(shè)置。

        2 生產(chǎn)無線實(shí)時監(jiān)控e-SCADA系統(tǒng)

        2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議單一、開放

        系統(tǒng)建立在高速以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上,支持單一的網(wǎng)絡(luò)TCP/IP 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)時監(jiān)控采用簡單IPX協(xié)議構(gòu)成局域網(wǎng)(LAN),與TCP/IP 協(xié)議完全兼容;系統(tǒng)本身又可接入Internet支持外部的TCP/IP撥號訪問,從而在更高層面上構(gòu)成開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)。

        2.2 實(shí)時監(jiān)控功能

        1)實(shí)時采集各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)(包括電力狀況參數(shù)、井口溫度、油壓、套壓、負(fù)荷、光桿位移;

        2)分離器液位、壓力、溫度,集油管匯壓力、溫度等);

        3)實(shí)時測取示功圖、凡爾漏失圖、電流圖;

        4)實(shí)時檢測和控制各種現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);

        5)自動診斷和分析各類故障、越限、非法闖入、柜門警等并予以報(bào)警指示;

        6)記錄各種事件的日志信息;

        7)點(diǎn)檢有關(guān)設(shè)備如繼電器、接觸器等使用壽命并予警示。

        2.3 數(shù)據(jù)庫管理功能

        1)全漢化的人機(jī)界面;

        2)實(shí)時監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的記錄/存儲/顯示;

        3)歷史數(shù)據(jù)的瀏覽/回顧分析/保存/刷新;

        4)統(tǒng)計(jì)圖表的顯示/打印;

        5)趨勢曲線分析/顯示/打??;

        6)計(jì)劃調(diào)度管理;

        7)提供網(wǎng)上瀏覽訪問和文件下載等。

        3.3 接入方式

        1)SCDMA無線接入方式

        SCDMA是同步碼分多址的無線接入技術(shù),它采用智能天線、軟件無線電以及自主開發(fā)的SWAP+空中接口協(xié)議等先進(jìn)技術(shù),是一個全新的擁有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 目前,油田通信已經(jīng)構(gòu)建了SCDMA無線通信網(wǎng),已建基站450余座,覆蓋整個油田五千多平方公里。以SCDMA無線通信網(wǎng)為依托,可以實(shí)現(xiàn)對遍布在大慶油田的無人值守機(jī)采井、計(jì)量間進(jìn)行自動檢測、數(shù)據(jù)采集和控制。

        2)光纖接入方式

        光纖接入作為搭建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的一種有線接入技術(shù),它擁有容量大、傳輸頻帶寬(可以提供100M的寬帶接入)、信號損耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是油田數(shù)字化建設(shè)中傳輸技術(shù)的最佳選擇。光纖接入方式不但可以實(shí)現(xiàn)視、音頻信號的高質(zhì)量傳輸;同時,還能保證采油礦各站點(diǎn)自動化采集數(shù)據(jù)的實(shí)時傳送;另外,也將為油田下一步辦公自動化建設(shè)提供寬闊的網(wǎng)絡(luò)空間。

        4 傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

        傳感器能量的供應(yīng)是采用電池,節(jié)點(diǎn)能量有限,考慮盡可能的延長整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期,在設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)時,保證能量供應(yīng)的持續(xù)性是一個重要的設(shè)計(jì)原則。傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗的模塊主要是包括傳感器模塊、信息處理模塊和無線通訊模塊,而絕大部分的能量消耗是集中在無線通訊模塊上,約占整個傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗的80%。因此,目前提出的傳感器節(jié)點(diǎn)通訊路由協(xié)議主要是圍繞著減少能量消耗延長網(wǎng)絡(luò)生命周期而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

        在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,路由協(xié)議不僅關(guān)心單個節(jié)點(diǎn)的能量消耗,更關(guān)心整個網(wǎng)能量的均衡消耗,這樣才能延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存期。同時,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的,這在路由協(xié)議中表現(xiàn)的最為突出,每個節(jié)點(diǎn)沒有必要采用全網(wǎng)統(tǒng)一的編址,選擇路徑可以不用根據(jù)節(jié)點(diǎn)的編址,更多的是根據(jù)感興趣的數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。目前提出了很多類型的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議,就是基于上述的目的。

        5 SCADA系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的整合

        通過油田局域網(wǎng)利用OPC(OLE for Process Control)技術(shù)把處理站DCS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)進(jìn)行集成和整合是目前采用的通常方式(圖)。

        圖 OPC應(yīng)用示意圖

        6 油田的無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

        主要可分為接入層、傳輸層和應(yīng)用層3部分:

        1)接入層:采用中盛安泰的“集龍”系列無線WiFi-MESH無線路由器產(chǎn)品,對采油、鉆井等重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行覆蓋,實(shí)現(xiàn)移動傳感器、視頻監(jiān)控終端、移動PC、PDA等的接入。

        2)傳輸層:采用中盛安泰的“集龍”系列無線WiFi-MESH無線路由器產(chǎn)品,建設(shè)網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò),并通過無線網(wǎng)關(guān)或光纖接入模塊接入到油田的光纖骨干網(wǎng)。對于野外無法通過光纖接入油田專網(wǎng)的地方,可以采用衛(wèi)星的方式。

        3)應(yīng)用層:對于有視頻監(jiān)控需求的用戶,可以采用中盛安泰的VAjet大型網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場、鉆井作業(yè)、采油生產(chǎn)和管道運(yùn)輸?shù)倪h(yuǎn)程視頻監(jiān)控,并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、報(bào)警、定位信息的傳輸以及突發(fā)事件應(yīng)急指揮聯(lián)動。

        [1]張五貨.礦區(qū)采用點(diǎn)對多址無線通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案[J].山西煤炭,1995,4.

        [2]陳祥光,等.自動化盤庫系統(tǒng)在油田聯(lián)合站中的應(yīng)用.石油化工自動化,2000,6.

        [3]羅世偉,左濤.視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理及維護(hù).電子工業(yè)出版社,2007.

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