油田無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用分析

張 敏

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司通信處，陜西 西安 710201

1 無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

油田的采油作業(yè)區(qū)、輸油管線(xiàn)、泵站和儲(chǔ)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(zhǎng)期以來(lái)，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(shí)無(wú)人值守的監(jiān)控方式，以保證采油井、輸油管和儲(chǔ)油罐不會(huì)因復(fù)雜的工作狀況、現(xiàn)場(chǎng)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(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)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(xiàn)連接方式，線(xiàn)路鋪設(shè)成本高昂，而且施工周期長(zhǎng)，或者因?yàn)槲锢硪蛩仉y以架設(shè)線(xiàn)纜，如遇到河流山脈等障礙時(shí)，傳統(tǒng)的有線(xiàn)方式都不能很好的完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控解決方案可很好地解決上述問(wèn)題。油田采用PowerMesh無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控解決方案，無(wú)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(wú)線(xiàn)接入設(shè)備，將數(shù)十個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與中央控制中心連接起來(lái)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)安裝的攝像機(jī)所攝錄的實(shí)時(shí)、高清晰視頻圖像通過(guò)無(wú)線(xiàn)MESH網(wǎng)絡(luò)回傳到作業(yè)區(qū)的監(jiān)控中心，同時(shí)也完成了遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)的控制和設(shè)置。

2 生產(chǎn)無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控e-SCADA系統(tǒng)

2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議單一、開(kāi)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(shí)監(jiān)控采用簡(jiǎn)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(hào)訪問(wèn)，從而在更高層面上構(gòu)成開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

1）實(shí)時(shí)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(shí)測(cè)取示功圖、凡爾漏失圖、電流圖；

4）實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；

5）自動(dòng)診斷和分析各類(lèi)故障、越限、非法闖入、柜門(mén)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(kù)管理功能

1）全漢化的人機(jī)界面；

2）實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的記錄/存儲(chǔ)/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?。?/p>

5）趨勢(shì)曲線(xiàn)分析/顯示/打?。?/p>

6）計(jì)劃調(diào)度管理；

7）提供網(wǎng)上瀏覽訪問(wèn)和文件下載等。

3.3 接入方式

1）SCDMA無(wú)線(xiàn)接入方式

SCDMA是同步碼分多址的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，它采用智能天線(xiàn)、軟件無(wú)線(xiàn)電以及自主開(kāi)發(fā)的SWAP+空中接口協(xié)議等先進(jìn)技術(shù)，是一個(gè)全新的擁有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 目前，油田通信已經(jīng)構(gòu)建了SCDMA無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)，已建基站450余座，覆蓋整個(gè)油田五千多平方公里。以SCDMA無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)為依托，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遍布在大慶油田的無(wú)人值守機(jī)采井、計(jì)量間進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、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(xiàn)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(hào)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(hào)的高質(zhì)量傳輸；同時(shí)，還能保證采油礦各站點(diǎn)自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送；另外，也將為油田下一步辦公自動(dòng)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(zhǎng)整個(gè)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(shí)，保證能量供應(yīng)的持續(xù)性是一個(gè)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(wú)線(xiàn)通訊模塊，而絕大部分的能量消耗是集中在無(wú)線(xiàn)通訊模塊上，約占整個(gè)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(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議不僅關(guān)心單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，更關(guān)心整個(gè)網(wǎng)能量的均衡消耗，這樣才能延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期。同時(shí)，無(wú)線(xiàn)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(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)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(lèi)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(guò)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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)WiFi-MESH無(wú)線(xiàn)路由器產(chǎn)品，對(duì)采油、鉆井等重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行覆蓋，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)傳感器、視頻監(jiān)控終端、移動(dòng)PC、PDA等的接入。

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

3）應(yīng)用層：對(duì)于有視頻監(jiān)控需求的用戶(hù)，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(chǎng)、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(dòng)。

[1]張五貨.礦區(qū)采用點(diǎn)對(duì)多址無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)組網(wǎng)方案[J].山西煤炭,1995,4.

[2]陳祥光,等.自動(dòng)化盤(pán)庫(kù)系統(tǒng)在油田聯(lián)合站中的應(yīng)用.石油化工自動(dòng)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.