四川師范大學成都學院

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸機制*

楊 新 汪琳娜

四川師范大學成都學院

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三部分，包括監(jiān)控數(shù)字終端、平臺終端服務器以及移動數(shù)據(jù)監(jiān)測終端。其中監(jiān)控數(shù)字終端包括視頻數(shù)字信息采集模塊、油井動力傳輸模塊、油井運行參數(shù)調(diào)整模塊及通信線路傳輸模塊等部分。通信線路傳輸模塊基于網(wǎng)絡傳輸最大流的最短路徑原理進行信息傳輸。網(wǎng)絡最大流在傳輸結(jié)構(gòu)上要遵循傳輸報文機制，即為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息的傳輸路徑尋找增廣鏈。當前國內(nèi)部分油井使用嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，應用了多種控制變量，通過對不同變量參數(shù)的調(diào)整，使終端系統(tǒng)能夠準確掌握油井系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)參數(shù)變化，確保油田監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

嵌入式；監(jiān)控系統(tǒng)；終端；數(shù)據(jù)傳輸；報文

1 嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)設計

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三部分結(jié)構(gòu)，包括監(jiān)控數(shù)字終端、平臺終端服務器以及移動數(shù)據(jù)監(jiān)測終端。整個監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡都是以Web Service的組網(wǎng)模式進行調(diào)整劃分，三種終端服務器都采用數(shù)字信號的傳輸原理，并且監(jiān)控數(shù)字終端與平臺終端服務器在網(wǎng)絡劃分結(jié)構(gòu)上采用內(nèi)聯(lián)局域網(wǎng)的形式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。平臺終端服務器與移動數(shù)據(jù)監(jiān)測終端采用C/S網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸速率快，并且穩(wěn)定性能高。

嵌入式監(jiān)控數(shù)字終端系統(tǒng)采用的是數(shù)字信號傳輸模式，包括信號的波形、周期、頻率等環(huán)節(jié)。發(fā)揮主要功能的平臺終端服務器負責傳輸設備與交換設備之間的信息交換，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)信息的對接。在油井監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，傳感裝置將檢測的數(shù)據(jù)信息傳輸至信源設備存儲單元，通過信源設備將信息傳送至傳輸設備，傳輸設備對采集的數(shù)據(jù)信息抽樣、量化、編碼，最后將數(shù)字信號傳輸至交換設備。交換設備中的解碼器對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行有序解碼，將最終傳輸?shù)臄?shù)字信息傳輸至移動監(jiān)測終端內(nèi)。

2 嵌入式監(jiān)控終端的功能

監(jiān)控數(shù)字終端包括視頻數(shù)字信息采集模塊、油井動力傳輸模塊、油井運行參數(shù)調(diào)整模塊及通信線路傳輸模塊等部分。

其中，視頻數(shù)字信息采集模塊可將油井內(nèi)部的運行情況反饋至終端服務器內(nèi)，在油井管道內(nèi)設定傳感器抓拍畫面的時間。

油井動力傳輸模塊可接收遠端控制器的數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)數(shù)據(jù)信息的變化對油田電力傳輸設備進行相應的調(diào)整。當油田終端處理系統(tǒng)接收到遠端控制系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息時，終端處理器便會自動檢索內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息。

油井運行參數(shù)調(diào)整模塊的功能是將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸至終端服務器內(nèi)，實現(xiàn)終端系統(tǒng)實時對油井內(nèi)部的運行情況進行查收的功能。運行參數(shù)包括對油井管道內(nèi)液體的流速、溫度、雜質(zhì)成分以及稀有氣體的測定數(shù)據(jù)，其中對管道內(nèi)液體流速的測定是根據(jù)液體對傳感器造成波動次數(shù)的數(shù)據(jù)來處理分析的。

通信線路傳輸模塊基于網(wǎng)絡傳輸最大流的最短路徑原理進行信息傳輸。網(wǎng)絡最大流在傳輸結(jié)構(gòu)上要遵循傳輸報文機制，即為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息的傳輸路徑尋找增廣鏈。通常網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)逆溌酚卸鄺l，當傳輸數(shù)據(jù)信息的接收點有n個時，則增廣鏈的條數(shù)約有n-1/2條。其次便是設定最短路徑，保證正向鏈路為非飽和邊，反向鏈路為非零流邊，這樣才能保證傳輸?shù)耐ㄐ啪€路最短，進而使數(shù)據(jù)信息傳輸更為穩(wěn)定。

3 數(shù)據(jù)信息傳輸機制

3.1 超時報文

油田數(shù)據(jù)信息中的IP頭部包含有20個字節(jié)，其超時報文的類型結(jié)構(gòu)如圖1所示。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，傳輸代碼轉(zhuǎn)換為11類型結(jié)構(gòu)，在代碼傳輸字段上以0和1數(shù)據(jù)進行傳輸，并將校驗碼區(qū)域內(nèi)的有效字段縮短。油井終端設備在組裝段結(jié)構(gòu)中即使沒有添加數(shù)據(jù)，也會丟掉源數(shù)據(jù)，因此終端系統(tǒng)會根據(jù)實際傳輸情況反饋數(shù)據(jù)超時報文，同時在代碼發(fā)送類型上也有一定的區(qū)別。其中0為由信令代碼中的網(wǎng)關在傳輸鏈路中發(fā)送，1為由油井終端處理器在傳輸鏈路上進行發(fā)送，兩者在傳輸鏈路處理方式上也存在一定區(qū)別。

圖1 超時報文的類型結(jié)構(gòu)

3.2 目標不可達報文

目的不可達報文在油田通信網(wǎng)傳輸協(xié)議中返回類型為第三種模式，這種模式的IP頭部包含的字節(jié)數(shù)也為20字節(jié)，但對于代碼值和傳輸報文的返回值在界定范圍上劃分了不同的種類?；谶@種類型的劃分在結(jié)構(gòu)上更加明確，其中0代表的是油井終端網(wǎng)絡運行傳輸機制不可達，1代表的是油井終端處理器運行傳輸系統(tǒng)不可達，2代表的是油田通信傳輸協(xié)議不適合實際需要，3代表油井終端處理系統(tǒng)和設備之間的端口不匹配，4代表是的在油田檢錯系統(tǒng)和控制鏈路上需要進行斷的劃分和傳輸機制DF的配備，5代表的是油田數(shù)據(jù)信息在發(fā)送鏈路中源路由發(fā)送信息未到達。

3.3 傳輸機制的應用

傳輸報文和目的不可達報文傳輸機制在信息傳輸鏈路中能夠確保傳輸數(shù)據(jù)信息的可靠性。若沒有傳輸報文機制，嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)信息在傳輸鏈路中傳輸時會因沒有固定的順序結(jié)構(gòu)，進而造成通信的傳輸信道堵塞。其中超時報文傳輸機制能夠?qū)鬏數(shù)男畔⒛K進行四個層面的劃分，這樣根據(jù)不同的IP報頭可將不同線路的數(shù)據(jù)信息傳輸至終端處理器上。在不可達傳輸報文機制中，可將監(jiān)控設備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息劃分為4個層面，監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息在通信線路傳輸過程中，會由于傳輸?shù)呐渲媒涌谂c接收端的配置接口不吻合而自動尋找其他終端設備的接口?？傊?，這種模式的劃分能夠保證接收端準確掌握油井監(jiān)控系統(tǒng)的變量參數(shù)。

4 結(jié)語

當前國內(nèi)部分油井使用嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，應用了多種控制變量，通過對不同變量參數(shù)的調(diào)整，使終端系統(tǒng)能夠準確掌握油井系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)參數(shù)變化，確保油田監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，值得在未來推廣應用。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.043