李海燕 劉廣濤 煙臺職業(yè)學院

嵌入式油井智能監(jiān)控系統(tǒng)*

李海燕 劉廣濤 煙臺職業(yè)學院

油井數(shù)字監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)單元采用的是星型/總線的拓撲結(jié)構(gòu)，嵌入式油井智能監(jiān)控系統(tǒng)由饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和終端用戶線3部分組成。嵌入式智能系統(tǒng)的OLT和ONU之間最大距離可以達到20 km，如果再采用有源中繼器進行調(diào)制，距離還可以再擴展一些。ONU采用的是全方位油井監(jiān)控系統(tǒng)的方案，并且還采用了以太網(wǎng)協(xié)議，在管理終端用戶與監(jiān)測設(shè)備間的高寬帶和低寬帶之間進行雙向定位勘測，實現(xiàn)以太網(wǎng)層次拓撲中數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的交換功能。

遠程監(jiān)控系統(tǒng)；嵌入式智能技術(shù)；監(jiān)控裝置

油井數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了局域網(wǎng)、城域網(wǎng)到如今的廣域網(wǎng)的發(fā)展歷程，并且隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代油井智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、遠距離的監(jiān)測，每個終端用戶之間可以建立大型無線局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)內(nèi)部資源共享。在局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不同的IP地址之間的終端設(shè)備可以實現(xiàn)遠程控制，降低檢測設(shè)施時的風險性。

1 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

油井數(shù)字監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)單元采用的是星型/總線的拓撲結(jié)構(gòu)，如圖1所示。嵌入式油井智能監(jiān)控系統(tǒng)由饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和終端用戶線3部分組成。拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)服務(wù)區(qū)（SA）內(nèi)基本保留著傳統(tǒng)CWZ網(wǎng)的樹型—分支型數(shù)字網(wǎng)，可以實現(xiàn)雙向監(jiān)測，當油田受到外界電磁信號干擾時，嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)仍能在數(shù)字傳輸信道內(nèi)完成數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)墓δ堋?/p>

為了增大油田監(jiān)控系統(tǒng)傳輸帶寬，在嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)增加了一個EPON交換機接口的網(wǎng)關(guān)，設(shè)計的網(wǎng)關(guān)屬于智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以通過標準的接口和一組開關(guān)連接[1]。這種裝置是把油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)開放的接口集成使用，如V3系列接口，可以去除嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的主線架，并實現(xiàn)油田內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理的功能；同時也實現(xiàn)了油井監(jiān)測和控制的全自動化功能，終端設(shè)備內(nèi)的單元接口在組建模式上采用網(wǎng)絡(luò)接口單元（NIU）。該裝置由微處理器、存儲器和控制邏輯等構(gòu)成一個智能化的無線調(diào)制解調(diào)器，它不僅能夠訪問油田內(nèi)部的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也可以設(shè)置HDT數(shù)字信號傳輸?shù)牟ㄐ?。接口單元網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)軟件可以促進油田內(nèi)部信息的共享，改變了原有裝置的功能和服務(wù)配置，具有較大的靈活性。

圖1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

增加帶寬的關(guān)鍵是增加局用數(shù)字終端（HDT）、網(wǎng)絡(luò)接口單元（NIU）和光纖節(jié)點（FN），局用數(shù)字終端主要完成傳輸信道所需的通道信令編碼功能；網(wǎng)絡(luò)接口單元主要完成CKF系統(tǒng)和終端設(shè)備之間的接口功能；光纖節(jié)點主要完成油田光纖配線有關(guān)接口卡槽設(shè)備的連接，具有雙向光/射頻信號轉(zhuǎn)移和射頻放大功能，從而提高了監(jiān)控設(shè)備的運行效率。

2 嵌入式智能系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用點到多點結(jié)構(gòu)，無源傳輸方式，能夠提供多種業(yè)務(wù)。目前，此系統(tǒng)在油田行業(yè)的占有率達到95%以上，由于經(jīng)濟而高效的設(shè)計結(jié)構(gòu)，將成為連接油田監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中最有效的監(jiān)測方式。

由OLT、ONU、POS機組成了一個典型的嵌入式系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。OLT在機房的中心，ONU在網(wǎng)絡(luò)接口單元或附近。這里的POS（無源光分路器）是用于連接OLT和ONU的無源器件，它能夠發(fā)出下行和上行數(shù)據(jù)。OLT是一個交換機或路由器，是一個多業(yè)務(wù)平臺。它提供了無源光分路器接口，根據(jù)PON城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)目前的發(fā)展趨勢，OLT提供了大量的10 Gbit/s以太網(wǎng)接口以及WDM傳輸支持[2-3]。

圖2 嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嵌入式智能系統(tǒng)的OLT和ONU之間最大距離可以達到20 km，如果再采用有源中繼器進行調(diào)制，距離還可以再擴展一些。ONU采用的是全方位油井監(jiān)控系統(tǒng)的部署方案，并且還采用了以太網(wǎng)協(xié)議，在管理終端用戶與監(jiān)測設(shè)備間的高寬帶和低寬帶之間進行雙向定位勘測，實現(xiàn)以太網(wǎng)層次拓撲中數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的交換功能。這種交換層次類型還可以通過為多個油井終端用戶進行層疊，使多路信號進行復(fù)用進而提高共享資源帶寬。目前眾多的監(jiān)控系統(tǒng)使用的都是這個協(xié)議，特別是在監(jiān)測的過程中通常需要協(xié)議之間的不斷轉(zhuǎn)換，用戶在透明的傳輸終端接收數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，除了光網(wǎng)絡(luò)單元外還支持其他的信令協(xié)議，并且不會加大對設(shè)計和操作要求的復(fù)雜程度。使正向信道中卷積編碼信道帶寬存儲在更大容量的光網(wǎng)絡(luò)單元中，實現(xiàn)交織信道的重復(fù)利用，縮短OLT到ONU之間的往返距離。在OLT設(shè)備中有1個監(jiān)控傳輸接口、2個E1/T1傳輸接口和1個以太網(wǎng)發(fā)送接口。當然，在油井監(jiān)控系統(tǒng)的接入方式中，可以把監(jiān)控傳輸接口和以太網(wǎng)發(fā)送接口看成是一條被經(jīng)過多次集成壓縮的虛電路，此時不需要鏈路數(shù)據(jù)交換功能。

為了達到足夠的帶寬，使用戶可以對油井進行良好的監(jiān)控和管理，智能遠程系統(tǒng)會自動分配控制所需的帶寬。遠程服務(wù)分配控制（Remote Provisioning）過程中網(wǎng)絡(luò)管理員通過對中央管理系統(tǒng)（CentralManagement System）管理OLT、ONU和所有其他的設(shè)備，還可以為用戶提供管理CPE（終端用戶）的服務(wù)業(yè)務(wù)，該系統(tǒng)就可以根據(jù)用戶的需求分配帶寬。

3 結(jié)語

嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)τ吞锇踩珕栴}實施全方位控制，及早發(fā)現(xiàn)問題并進行解決。針對目前國內(nèi)油田安全狀況，憑借一個智能監(jiān)測系統(tǒng)進行維護管理仍然是不完夠的，需要相關(guān)部門重視油田監(jiān)控工作，加大力度開發(fā)新型監(jiān)控系統(tǒng)，切實提高技術(shù)人員專業(yè)素養(yǎng)，與時代的步伐相一致，才能促進油田生產(chǎn)的發(fā)展。

[1]趙俊平．油氣鉆井工程項目風險分析與管理研究[D]．大慶：大慶石油院，2007.

[2]桑海泉，康榮學．基于無線局域網(wǎng)（WLAN）的油田安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]．中國安全科學學報，2009（7）：102-109.

[3]呂治忠，陳燕紅，鐘功祥，等．試油實時數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)[J]．油氣田地面工程，2011，30（1）：32-34.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.051

基金論文：山東省高等學?？萍加媱濏椖浚↗12LN74）。