李俊杰，孫 威，王玉峰，宋 松，曹旭東

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院 北京102249；2.中石油華北油田分公司數(shù)據(jù)中心 河北 任丘 062552）

基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的油氣水井監(jiān)控管系統(tǒng)

李俊杰1，孫 威2，王玉峰2，宋 松2，曹旭東1

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院 北京102249；2.中石油華北油田分公司數(shù)據(jù)中心 河北 任丘 062552）

油氣水井狀態(tài)監(jiān)測(cè)是油田現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的重要保障措施之一。本文基于油田物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)，提出利用Zigbee無線局域網(wǎng)絡(luò)和DTU模塊搭建無線數(shù)據(jù)采集與傳輸網(wǎng)絡(luò)，以ARM9嵌入式計(jì)算機(jī)為核心單元，采用OSGi和REST實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)熱插拔上位機(jī)軟網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，以此來完成油氣水井監(jiān)控系統(tǒng)的整體構(gòu)建。目前該系統(tǒng)原型機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求。

Zigbee；DTU；軟網(wǎng)關(guān)；監(jiān)控系統(tǒng)

在我國(guó)油田無論是水網(wǎng)、沙漠還是高原、嚴(yán)寒地區(qū)，油水井的數(shù)據(jù)采集基本上靠人完成，無論盛夏酷暑還是冰雪旱天，采油工都必須到現(xiàn)場(chǎng)采集油氣水井示功圖、平衡度、油套壓、油溫及產(chǎn)液量等井口生產(chǎn)數(shù)據(jù)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性完全依賴于采油工人的工作責(zé)任心[1]。海上油田的生產(chǎn)管理則更加困難，常常要借助于龐大的集輸管線及增加采油平臺(tái)來降低現(xiàn)場(chǎng)管理難度，采油氣水井的生產(chǎn)參數(shù)經(jīng)常受到天氣變化和交通工具的影響無法正常獲得，嚴(yán)重影響了油水井的自動(dòng)化管理[2]。

目前，我國(guó)一些油田企業(yè)也采取一些通過諸如RS485總線形式的局域有線網(wǎng)或以GSM短信息的方式達(dá)到對(duì)油水井部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)之目的，一定程度上解決了上述問題，但這些技術(shù)有較大的局限性。

1）油田各采油現(xiàn)場(chǎng)油氣水井需要監(jiān)測(cè)的設(shè)備量較大，油井范圍分布較廣，使得有線組網(wǎng)布線困難，靈活性差，成本高，而且網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí)，對(duì)故障點(diǎn)的定位和維修需要很長(zhǎng)時(shí)間。

2）油田各采油現(xiàn)場(chǎng)油氣水井通常都有大功率的電機(jī)、泵機(jī)甚至變電站，這些設(shè)備工作時(shí)所產(chǎn)生的干擾可直接侵入網(wǎng)絡(luò)而導(dǎo)致有線網(wǎng)絡(luò)癱瘓，嚴(yán)重 時(shí)周邊設(shè)備都不能正常工作。

3）有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)油田各設(shè)備的檢修產(chǎn)生一定程度的障礙，一旦維修人員維修時(shí)不小心導(dǎo)致有線網(wǎng)絡(luò)的連接失效，可能致使該處監(jiān)控癱瘓。

因此，目前油田在數(shù)據(jù)采集及傳輸網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)狀如下：

1）地域分散，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，存在有線和無線（如電臺(tái)、GSM、GPRS/CDMA等）多種傳輸方式。

2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊接口眾多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議接口眾多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

3）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送到各油田監(jiān)控室成本較高，傳輸維護(hù)也需要較高成本。

4）對(duì)油田所屬油井的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行管理監(jiān)視幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。

1 系統(tǒng)分析

文中將傳感器技術(shù)、Zigbee技術(shù)、DTU技術(shù)相融合，并輔以相應(yīng)控制器克服以上組網(wǎng)方式或系統(tǒng)的局限性。本系統(tǒng)將油田的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用上述技術(shù)構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將所有數(shù)據(jù)以Modbus協(xié)議封裝，實(shí)時(shí)、安全、低成本地將數(shù)據(jù)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)各相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、安全指標(biāo)等信息的監(jiān)測(cè)、定位、分析處理、顯示、警示和控制。

傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的是定時(shí)傳輸模式，也就是說，終端設(shè)備定時(shí)的采集數(shù)據(jù)，并最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。平時(shí)終端設(shè)備為了節(jié)省功耗，進(jìn)入睡眠模式，直至睡眠定時(shí)器將其喚醒。這樣的方法雖然節(jié)省了系統(tǒng)功耗，以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)代替了人工數(shù)據(jù)采集，但是卻不利于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

鑒于此，文中提出在定時(shí)喚醒終端設(shè)備進(jìn)行采集的基礎(chǔ)上，加入實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。即一般情況下，終端設(shè)備定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并傳輸。當(dāng)監(jiān)控人員想要了解現(xiàn)場(chǎng)情況時(shí)，可通過上位機(jī)發(fā)送命令，喚醒處于睡眠設(shè)備的終端設(shè)備，通過其對(duì)命令判斷，進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中涉及地址有ProfileID、PanID、IEEE地址（物理地址）、網(wǎng)絡(luò)地址。ProfileID面向某個(gè)應(yīng)用，解決一系列事務(wù)的公約，是對(duì)邏輯設(shè)備及其接口關(guān)系的描述集合。PanID是指用一個(gè)16位的個(gè)域網(wǎng)標(biāo)志符，來標(biāo)識(shí)唯一的網(wǎng)絡(luò)。IEEE地址是64位由制造商或者被安裝時(shí)設(shè)置的地址，它是全球唯一的地址，設(shè)備將在它的生命周期中一直擁有。網(wǎng)絡(luò)地址是指無線網(wǎng)絡(luò)在建立后分配給入網(wǎng)設(shè)備的16位地址。

工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)中通常使用Modbus協(xié)議設(shè)備地址與Zigbee網(wǎng)絡(luò)地址建立映射表[3]或者M(jìn)odbus協(xié)議設(shè)備地址與Zigbee物理地址建立映射表[4]，這樣的方法只適用于單個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。但是，油田現(xiàn)場(chǎng)相鄰油井距離動(dòng)輒幾千米，而傳感器網(wǎng)絡(luò)再加入功放器件后，距離最大為1.5 km，很明顯獨(dú)立無線網(wǎng)絡(luò)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到達(dá)到目的，而且每個(gè)油田所管理的油井成百上千，Modbus協(xié)議8位設(shè)備地址容量不夠。這樣的話，必須使用單個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋單個(gè)油井的方法，再通過DTU與監(jiān)控室上位機(jī)連接。關(guān)鍵點(diǎn)是要建立傳感器網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)油水井號(hào)之間的地址映射表，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)油氣水井的監(jiān)控。

不同Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)是通過它們的PanID來區(qū)分的，一個(gè)PanID對(duì)應(yīng)一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，PanID不同網(wǎng)絡(luò)無法通信。PanID是通過f8wConfig.cfg文件中的 DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設(shè)置的，范圍為0x0000—0x3FFF，通過zb_GetDeviceInfo（ZB_INFO _PAN_ID，&pan_id）函數(shù)讀取。在上位機(jī)建立PanID與油氣水井號(hào)之間的地址映射列表。

上位機(jī)通過調(diào)用上述地址映射列表找到相應(yīng)油水井所處的網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)PanID號(hào)，并發(fā)送相應(yīng)命令給油井現(xiàn)場(chǎng)主控制器，主控制器按照命令進(jìn)行相應(yīng)控制，并將結(jié)果連同所在PanID反饋給上位機(jī)，上位機(jī)再通過列表找到對(duì)應(yīng)的油水井并顯示數(shù)據(jù)。

由于油水井所要控制的設(shè)備較少，現(xiàn)場(chǎng)主控制器接收到命令后，以廣播的方式將命令通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采用Modbus協(xié)議封裝。對(duì)具體哪個(gè)設(shè)備的控制判斷，通過Modbus數(shù)據(jù)格式中包含的設(shè)備地址，在終端設(shè)備中進(jìn)行判斷。不再采用前文所說的傳統(tǒng)單個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法 （通過64位物理地址或16位網(wǎng)絡(luò)地址與Modbus協(xié)議設(shè)備地址建立地址映射列表，向?qū)?yīng)設(shè)備發(fā)送命令時(shí)要查表找到設(shè)備地址對(duì)應(yīng)的物理地址或網(wǎng)絡(luò)地址，才能發(fā)送命令）。這樣的方法不僅大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，節(jié)約了射頻單片機(jī)內(nèi)存，有利于大規(guī)模設(shè)備生產(chǎn)，同時(shí)功耗方面也相差不大。

2 系統(tǒng)方案

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)由Zigbee終端設(shè)備模塊、網(wǎng)關(guān)模塊、RTU模塊、DTU模塊以及上位機(jī)人機(jī)界面軟件模塊5個(gè)部分構(gòu)成。鑒于目前油田數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議較多，給模塊之間、設(shè)備之間互聯(lián)造成困難，所以本系統(tǒng)油井現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)據(jù)均采用Modbus傳輸協(xié)議格式，方便系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Zigbee終端設(shè)備模塊與網(wǎng)關(guān)模塊構(gòu)Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)中含有RTM部分 （附加功能）和Zigbee協(xié)調(diào)器部分，他們之間通過RS232進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)镽S-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)，所以RTM部分通過485總線與RTU模塊相連，受RTU控制可進(jìn)行無線數(shù)據(jù)采集和有線數(shù)據(jù)采集的選擇（附加功能）。DTU也經(jīng)過485總線受RTU控制。操作工人可通過上位機(jī)發(fā)送命令，命令經(jīng)由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳到DTU模塊，DTU模塊將數(shù)據(jù)傳給RTU模塊，RTU模塊再控制Zigbee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集油井現(xiàn)場(chǎng)油溫、油壓等數(shù)據(jù)。然后將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由上述路徑反向傳遞給上位機(jī)，由此達(dá)到對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

2.2 射頻芯片的選擇與介紹

Zigbee技術(shù)是基于小型無線網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的通信協(xié)議。它在OSI七層參考模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，采用分層思想實(shí)現(xiàn)。廣泛用于工業(yè)控制、智能家居、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域[5]。目前，市場(chǎng)上性能較好的Zigbee解決方案[6]主要有下面幾種：1）freescale：MC1319X平臺(tái)；2）TI：SOC解決方案 CC2530；3）Ember：EM250 zigbee系統(tǒng)晶片及 EM260網(wǎng)絡(luò)處理器；4）Jennic：JN5121芯片。

以美國(guó)TI公司CC2430/CC2530芯片為代表的Zigbee SOC解決方案在國(guó)內(nèi)高校企業(yè)掀起了一股Zigbee技術(shù)應(yīng)用的熱潮。CC2530芯片外形尺寸小，不占電路板容量，結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，整合了符合2.4 GHz IEEE 802.15.4無線收發(fā)模塊，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM，12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC），4個(gè)定時(shí)器，128位密鑰AES加密/解密內(nèi)核，兩個(gè)UART（其中一個(gè)可配置為SPI），以及21個(gè)可編程I/O管腳，能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，非常適合低功耗低成本項(xiàng)目開發(fā)[7]。與TI公司早期的CC2430芯片相比，CC2530在其基礎(chǔ)上，加大了緩存，從而使用戶不用因?yàn)榇鎯?chǔ)容量小而對(duì)代碼進(jìn)行限制，通訊距離更遠(yuǎn)，不用外加功放來擴(kuò)展距離。所以本系統(tǒng)采用的 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)芯片為CC2530。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

智慧油田無線通信系統(tǒng)由Zigbee終端設(shè)備模塊、網(wǎng)關(guān)模塊、RTU模塊、DTU模塊以及上位機(jī)人機(jī)界面軟件模塊5個(gè)部分構(gòu)成。

3.1 Zigbee終端設(shè)備模塊

Zigbee終端設(shè)備由傳感器和CC2530電路構(gòu)成[8]。主要實(shí)現(xiàn)加入Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)功能，控制傳感器數(shù)據(jù)采集功能以及對(duì)協(xié)調(diào)器發(fā)送的命令格式進(jìn)行判斷的功能。也就是說Zigbee協(xié)調(diào)器發(fā)送命令，終端設(shè)備接收后，進(jìn)行判斷，命令是否為Modbus數(shù)據(jù)格式，是否是對(duì)本設(shè)備的控制命令，如果判斷正確，控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖2 終端設(shè)備結(jié)構(gòu)功能圖

根據(jù)ADS仿真圖（圖3）可以看出CC2530的IO口RF_P和RF_N端在2.45 GHz處反射系數(shù)相同，說明芯片處差分信號(hào)端口在該頻率下效果最好，所以信道選擇與仿真實(shí)現(xiàn)上參考該處頻率。而天線端口處smith圖顯示，在2.45 GHz時(shí)天線阻抗與50 Ohm不匹配（Z0為50 Ohm），這造成信號(hào)傳輸過程中能量損耗。

圖3 巴倫電路反射系數(shù)圖

進(jìn)行阻抗匹配，由于在2.4 GHz處天線端口屬于容性，所以在電路中串聯(lián)電感，并進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理，并在ADS上仿真，得到相應(yīng)smith原圖，根據(jù)仿真圖4可知在2.4 GHz時(shí)電路阻抗與50 Ohm基本匹配。

圖4 匹配電路smith圓圖

CC2530自帶8路7—12位的ADC，使用12位ADC滿足精度要求，故而沒有另外使用精度更高的ADC，節(jié)省電路板空間。由于CC2530芯片包含一個(gè)SPI通信接口，這也給另加高精度ADC后對(duì)其控制提供了可能。傳感器將采集到的油溫、油壓等數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。

由于本系統(tǒng)所用射頻電路信號(hào)為2.4 GHz，信號(hào)頻率高，波長(zhǎng)較短，PCB板在設(shè)計(jì)時(shí)射頻部分尺寸應(yīng)盡量減小。在差分信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱味诵盘?hào)電路（即不平衡狀態(tài)與平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)換巴倫電路）器件擺放時(shí)，應(yīng)盡量使差分信號(hào)部分電路器件保持對(duì)稱。由于電路板每一個(gè)過孔會(huì)帶來10 pF電容效應(yīng)，所以采用菱形過孔，避免其對(duì)信號(hào)帶來的干擾，并且選擇最小過孔尺寸（減小過孔寄生電容）。在頂層射頻電路對(duì)應(yīng)的底層板不應(yīng)放置任何器件。最終的PCB圖如圖5所示。最關(guān)鍵的是為了降低回?fù)p，傳輸線拐角應(yīng)采用45度角。

圖5 Zigbee終端設(shè)備PCB圖

3.2 網(wǎng)關(guān)模塊

網(wǎng)管模塊包括兩個(gè)部分：RTM和Zigbee協(xié)調(diào)器。Zigbee協(xié)調(diào)器部分由CC2530射頻電路組成，主要負(fù)責(zé)Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的組建，網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)。接收到命令后Zigbee協(xié)調(diào)器以廣播的方式將命令通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

網(wǎng)關(guān)模塊的另一部分為RTM。這個(gè)部分的加入是為了與RTU模塊通過485總線進(jìn)行通信，以及為了滿足客戶提出的附加功能有線數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)。該部分采用STM32F103RC芯片，該芯片擁有ARM公司高性能“Cortex-M3”內(nèi)核，4 Mb/s的UART，1 μs的雙12位ADC以及其它豐富的接口。在RTM部分中主要實(shí)現(xiàn)的是無線數(shù)據(jù)采集和有線數(shù)據(jù)采集命令的判斷。其與Zigbee協(xié)調(diào)器通過RS232進(jìn)行通信。

圖6 網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)功能圖

網(wǎng)關(guān)與終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信最關(guān)鍵的因素是實(shí)現(xiàn)它們應(yīng)用層之間信息流的綁定。綁定實(shí)際上就是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層上建立起來的一條邏輯鏈路，以實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)設(shè)備地址未知的情況下，向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的目的。

在zstack協(xié)議中實(shí)現(xiàn)綁定功能有4種模式，但是根據(jù)油田現(xiàn)場(chǎng)為無線監(jiān)控，應(yīng)避免手動(dòng)按鍵中斷模式，所以采用match模式，即協(xié)調(diào)器調(diào)用zb_Allow Bind（uint8 timeout）函數(shù)將其狀態(tài)設(shè)置為允許綁定，終端設(shè)備可通過zb_BindDevice（）函數(shù)發(fā)送綁定請(qǐng)求，以此來實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備的綁定。這樣的方法不需要?jiǎng)e人幫忙，只要在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)互相之間就可以實(shí)現(xiàn)，但是前提是他們一定要匹配，即一方的outcluster（輸出簇id）至少有一個(gè)是另外一方的incluster（輸入簇id），這種方式在很多時(shí)候用起來比較方便。

3.3 RTU模塊

系統(tǒng)研制均采用嵌入式 ARM9處理器AT91SAM9263實(shí)現(xiàn)，內(nèi)核程序設(shè)計(jì)在嵌入式LINUX系統(tǒng)下完成，使多個(gè)程序同時(shí)并獨(dú)立地運(yùn)行，包含3路485接口[9]。3路485接口中，一路為網(wǎng)關(guān)模塊接口使用，一路為DTU模塊接口使用，另一路為擴(kuò)展接口。

3.4 DTU模塊

數(shù)據(jù)傳輸單元DTU，是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線終端設(shè)備[10]。本系統(tǒng)應(yīng)用的DTU為GPRS技術(shù)與串口通信的結(jié)合。將上位機(jī)的控制命令轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)，或者將RTU傳輸?shù)牟杉瘮?shù)據(jù)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳給上位機(jī)。

3.5 上位機(jī)監(jiān)控界面

上位機(jī)監(jiān)控界面（如圖7）采用層次與模塊設(shè)計(jì)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，以RESTful中心的總體平臺(tái)架構(gòu)。保證實(shí)現(xiàn)過程中每層實(shí)現(xiàn)的相對(duì)獨(dú)立性。

圖7 油水井生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

其關(guān)鍵是軟網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。軟網(wǎng)關(guān)既是局部網(wǎng)絡(luò)的中央樞紐，又是溝通局部網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的橋梁[16]。從技術(shù)角度講，其對(duì)上既要通過HTTP或者COAP標(biāo)準(zhǔn)接口同平臺(tái)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備通信的接口，對(duì)下通過標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口同本地應(yīng)用和設(shè)備進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)接入外網(wǎng)的接口。對(duì)于軟網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，基于OSGi和REST實(shí)現(xiàn)，使用精煉、可重用和協(xié)作的組件構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化原語，這些組件能夠方便地組裝進(jìn)一個(gè)應(yīng)用和進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱插拔的部署。

服務(wù)平臺(tái)的眾多物聯(lián)對(duì)象也不是需要始終在線的長(zhǎng)聯(lián)，而是在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)保證有效連接，數(shù)據(jù)傳輸完畢即可斷開長(zhǎng)聯(lián)，平臺(tái)采用喚醒技術(shù)來控制網(wǎng)絡(luò)的連接。建立連接后，通過發(fā)送控制命令讀取現(xiàn)場(chǎng)采集的油、水、氣井?dāng)?shù)據(jù)，并在界面上顯示如圖8所示。

圖8 抽油機(jī)單井綜合數(shù)據(jù)圖

4 結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，油氣水井的數(shù)據(jù)采集設(shè)備往往是區(qū)域分布的，具有區(qū)域集中的特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)避免了現(xiàn)場(chǎng)布線困難的問題[17]，提升了靈活性，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)傳輸格式，使各模塊銜接更加緊密，節(jié)約了成本，能夠更好的適應(yīng)油田現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)的將數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控室上位機(jī)，由上位機(jī)來進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、控制。

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Based on the Zigbee wireless communication network monitoring system of oil and gas wells

LI Jun-jie1，SUN Wei2，WANG Yu-feng2，SONG Song2，CAO Xu-dong1
（1.College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Data Center of North China Oil Field，Renqiu 062552，China）

Condition monitoring of oil and gas Wells is one of the important safeguards of oil field safety in production.Based on the Internet of things technology in the oil field and embedded technology，we put forward using Zigbee wireless local area network and DTU module to build a wireless data acquisition and transmission network，with ARM9 embedded computer as the core unit，using the OSGi and REST for dynamic hotplug of PC soft gateway，on this account we complete monitoring system of the whole oil and gas Wells.At present，we have implemented the system prototype，through the field experiment shows that this system has stable performance，and all indicators are up to par.

Zigbee；DTU；soft gateway；monitoring system

TN914

：A

：1674-6236（2017）08-0050-05

2016-07-08稿件編號(hào)：201607068

國(guó)家發(fā)改委下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧油田的應(yīng)用示范項(xiàng)目（CNGI-12-03-043）

李俊杰（1989—），男，山東濰坊人，碩士。研究方向：油田信息與通信技術(shù)。