基于ZigBee技術(shù)的油田油井無線監(jiān)控方案

發(fā)布時(shí)間：2011-08-10 16:57:00

前言
我們知道油井是油田最小的生產(chǎn)單位，大大小小的油田是由這些成百上千，相距幾十米到幾百公里的油井組成。即時(shí)掌握油井的各種參數(shù)，了解油井的運(yùn)行情況，對(duì)油田安全高效的生產(chǎn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的采用人工采集這些數(shù)據(jù)，效率低，不能準(zhǔn)確及時(shí)，并對(duì)工作人員的安全構(gòu)成極大威脅。
基于802.15.4/ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的油井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用大量傳感器無線組網(wǎng)傳輸?shù)姆绞?，完全擯棄了傳統(tǒng)的單一使用有線、數(shù)字電臺(tái)監(jiān)控油井的方法。使設(shè)備費(fèi)用投入大及運(yùn)營(yíng)成本高，維護(hù)難度大的問題得到徹底的解決。大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，施工方便，并實(shí)現(xiàn)油井井場(chǎng)內(nèi)無線化。

項(xiàng)目分析
2．1 系統(tǒng)組成
2．1．1 終端數(shù)據(jù)采集器
油井工作狀態(tài)傳感器主要有溫度傳感器，電壓傳感器，電機(jī)電流傳感器，被監(jiān)控開關(guān)斷/合傳感器，載荷傳感器、角位移傳感器（或脈沖發(fā)生器）、監(jiān)控器、電參量傳感器等，它們將油井的工作狀態(tài)變換成對(duì)應(yīng)的電壓或電流值通過ZigBee技術(shù)通信模塊送至采油場(chǎng)監(jiān)控中心。

2．1．2 無線通訊設(shè)備
       由于油田的磕頭機(jī)本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)嚴(yán)緊，如果采用有線來傳輸線數(shù)據(jù)的話，那將對(duì)磕頭機(jī)的正常工作帶影響，而布線麻煩。
鑒于采集器的接口和設(shè)備的工作環(huán)境等多種情況的要求，我們選擇廈門四信通訊有限公司的F8914 ZigBee無線終端和F8114帶GPRS的ZigBee無線終端。采用RS-232/485接口、金屬外殼設(shè)計(jì)，它具有體積小、功耗低、配置使用簡(jiǎn)單、即插即用，安裝方便。

2．1．3 監(jiān)控中心
      采油場(chǎng)監(jiān)控中心一般設(shè)置在礦部、隊(duì)部或其它監(jiān)控調(diào)度部門，監(jiān)控中心有兩種接入方式，第一種，直接網(wǎng)絡(luò)接入，網(wǎng)絡(luò)接入可以是專張、ADSL、光纖等多種方式；第二種，采用F8914 ZigBee無線終端接入。

2．2 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)
       根據(jù)油井的分布規(guī)律系統(tǒng)采用ZigBee 技術(shù)和其他無線技術(shù)結(jié)合。由于油井一般是成群分布，單一油井和其他油井相距交遠(yuǎn)的情況不多。在井場(chǎng)內(nèi)部和井群內(nèi)部由ZigBee 終端節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)無線網(wǎng)。整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)總架構(gòu)有兩種方式，第一種，中心監(jiān)控端采用有線網(wǎng)絡(luò)接入，然后整個(gè)井群的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS /GSM 傳回給監(jiān)控中心，如下圖

第二種，中心監(jiān)控端通過ZigBee接入，終端通過ZigBee無線網(wǎng)傳送給ZigBee中心節(jié)點(diǎn)，再通過中心節(jié)點(diǎn)傳給數(shù)據(jù)中心和使用單位。在數(shù)據(jù)中心或使用單位經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)處理，對(duì)油井進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如下圖:

三、項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施方案
3．1 ZigBee終端F8914與與采集終端連接
F8914支持RS232/385通訊接口，可通過RS232/485與采集終端連接。如下圖:

3．2 監(jiān)控中心接入方式
3.2.1有線網(wǎng)絡(luò)接入
1）中心采用APN專線，所有終端都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP，客戶中心通過一條APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間建立GRE隧道。為客戶分配專用的APN，其他的用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。只有該專網(wǎng)內(nèi)的SIM卡才能進(jìn)入該APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。用戶可以內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)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(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下的最佳組網(wǎng)方式。
2）控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?？蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
3）控制中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。

3.2.2 ZigBee接入
監(jiān)控中心服務(wù)通過RS232線與中心節(jié)點(diǎn)設(shè)備連接。

四、方案特點(diǎn)
1、802.15.4/ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)，免無線電申請(qǐng)?jiān)S可；
2、支持星型，樹型，網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最大網(wǎng)絡(luò)連接能辦強(qiáng)，可支持65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。
3、傳輸模塊采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：<250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC;儲(chǔ)存溫度 -40~+85ºC;相對(duì)濕度 95%(無凝結(jié));多重軟硬件看門狗設(shè)計(jì)，適用于油井野外工作。
     4、ZigBee終端空曠視距離環(huán)境無線通信距離800米。
     5、ZigBee通訊不需要任何費(fèi)，為整個(gè)項(xiàng)目節(jié)省大量的費(fèi)用支出
6、設(shè)備配置操作簡(jiǎn)單，易懂，所有模塊能夠完成自組網(wǎng)能力。
7、集成化程度高，技術(shù)成熟，安裝方便。

五、方案總結(jié)
    在我國(guó),油井的數(shù)據(jù)采集基本上靠人工完成，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。應(yīng)用油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)油井管理的自動(dòng)化、提高工作效率、保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性及加強(qiáng)現(xiàn) 場(chǎng)事故應(yīng)急處理等都具有非常重要的意義。

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