面向PID輸油管線電路模擬信號控制優(yōu)化

杜德銀 楊代強

重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

面向PID輸油管線電路模擬信號控制優(yōu)化

杜德銀 楊代強

重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，存在一些不可預(yù)知的情況，有時節(jié)點被添加進網(wǎng)絡(luò)中或是從網(wǎng)絡(luò)中被刪除掉，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行遭到破壞。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)必須具備動態(tài)的拓撲功能。PID輸油網(wǎng)絡(luò)的模擬信號平臺應(yīng)具備兩個方面的功能：一是輸油電路信息的實時監(jiān)控管理；二是系統(tǒng)的輔助決策驗證功能。輸油電路信息實時監(jiān)控管理是系統(tǒng)的重點。在輸油電路模擬信號數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可以總結(jié)模擬信號數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，并以表格、曲線圖、餅狀圖、柱狀圖的形式將其直觀地展示在系統(tǒng)界面上供用戶查詢。

PID輸油網(wǎng)絡(luò)；電路；模擬信號；通信

在輸油管線的電路控制系統(tǒng)中，由于模擬信號控制器節(jié)點的分布情況與控制器節(jié)點之間的關(guān)系不能預(yù)先設(shè)定，為了能夠收集到節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，模擬信號控制器節(jié)點應(yīng)具備自動配置的功能。

PID輸油網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的中心控制通信模式不同，它不依賴于任何預(yù)先設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，有很強的獨立性，同時節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和拓撲控制機制協(xié)調(diào)各自的行為。為了使組網(wǎng)靈活方便，輸油節(jié)點之間遵循ZigBee協(xié)議。

1 動態(tài)型網(wǎng)絡(luò)模擬信號設(shè)計

在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，存在一些不可預(yù)知的情況，有時節(jié)點被添加進網(wǎng)絡(luò)中或是從網(wǎng)絡(luò)中被刪除掉，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行遭到破壞。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)必須具備動態(tài)的拓撲功能。

（1）通信手段。在傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點都擁有標示自己唯一性的IP地址，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)只依賴于目的節(jié)點的IP地址。但在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，它不需要知道數(shù)據(jù)是從什么節(jié)點傳送過來或是轉(zhuǎn)發(fā)到什么節(jié)點上去，它只關(guān)心數(shù)據(jù)本身。PID輸油網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域較為特殊，經(jīng)常部署在人煙荒蕪、環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域。此外PID輸油節(jié)點具有體積小、工作時間長等特點，不方便給網(wǎng)絡(luò)節(jié)電的電力系統(tǒng)進行充電或者更換電池，一旦電能耗完，節(jié)點就失去作用。如何高效地使用這些電能完成用戶指定的檢測任務(wù)成為目前急需解決的問題。

（2）輸油電路多跳模式設(shè)計。由模擬信號節(jié)點到Sink節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸，需要經(jīng)過多次其他模擬信號節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)才能完成。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的通信距離一般在幾十米到幾百米范圍內(nèi)。由于網(wǎng)絡(luò)中沒有路由輸油協(xié)議，只有相鄰的節(jié)點可以直接通信，存在部分模擬信號控制器節(jié)點不能直接與基站通信的情況，所以需要一些中間節(jié)點通過“多跳”的方式實施路由。而這些中間節(jié)點是由普通的網(wǎng)絡(luò)模擬信號控制器節(jié)點構(gòu)成的，這樣每個節(jié)點既要完成自身信息的發(fā)送，也要完成對其他節(jié)點信息的轉(zhuǎn)發(fā)。由于節(jié)點在很多方面受限，例如體積空間、功耗、價格等因素，因此節(jié)點的存儲空間和處理能力等方面比一般計算機要弱。

2 輸油電路模擬信號關(guān)鍵技術(shù)

PID輸油網(wǎng)絡(luò)作為當今信息領(lǐng)域新的研究熱點，涉及多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，其系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要依賴時間同步、路由、定位、無線通信等技術(shù)，因此應(yīng)熟練掌握這些技術(shù)的應(yīng)用方法。

（1）同步。為了使模擬信號控制器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點能夠相互協(xié)同工作，系統(tǒng)應(yīng)具備時間同步機制。

（2）路由。在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，路由具有十分重要的意義。由于模擬信號控制器網(wǎng)絡(luò)中沒有路由輸油協(xié)議，只能通過節(jié)點“多跳”的方式進行路由，而且由于節(jié)點體積小，存儲空間有限等特點，必須對節(jié)點上設(shè)計的路由算法進行優(yōu)化和精簡。當前已提出很多經(jīng)典算法，其中包含NADV協(xié)議和SPIN協(xié)議。

3 電路模擬信號平臺功能優(yōu)化

根據(jù)實際需求，PID輸油網(wǎng)絡(luò)的模擬信號平臺應(yīng)具備兩個方面的功能：一是輸油電路信息的實時監(jiān)控管理；二是系統(tǒng)的輔助決策驗證功能。其中輸油電路信息實時監(jiān)控管理是系統(tǒng)的重點。

（1）輸油電路模擬信號實時功能優(yōu)化。其主要功能有：①實時數(shù)據(jù)模擬信號功能。對一段區(qū)域模擬信號點的所有實時數(shù)據(jù)進行顯示，同時也提供部分信息的分類數(shù)據(jù)實時顯示。②Web GIS功能。提供一個直觀而又生動的用戶圖形界面，便于用戶查詢信息。為了能獲取模擬信號節(jié)點的位置信息和圖像信息，需要知道這些模擬信號控制器節(jié)點在什么地方，因此使用Web GIS地圖信息圖形化功能，在界面的電子地圖上顯示出模擬信號控制器中節(jié)點的相對位置，以實現(xiàn)輸油電路信息和地理空間信息的有機結(jié)合，方便檢測網(wǎng)絡(luò)及錯誤定位。

（2）模擬信號點信息管理功能優(yōu)化。PID輸油網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，存在一些不可預(yù)知的情況，導(dǎo)致節(jié)點被添加進網(wǎng)絡(luò)中或是從網(wǎng)絡(luò)中被刪除掉，這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此需要對模擬信號點進行一系列的操作，來適應(yīng)這種變化的需求。過去通過手工方式現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代油田輸油電路模擬信號的需求，而GPRS具有很多其他數(shù)據(jù)采集方式無可比擬的特點（傳輸速率高、接入時間短等），因此應(yīng)用GPRS無線通訊技術(shù)來遠程采集數(shù)據(jù)。輔助決策驗證系統(tǒng)就是將輸油電路區(qū)域內(nèi)通過實時模擬信號獲得的信息數(shù)據(jù)，運用已經(jīng)存儲在系統(tǒng)中的相應(yīng)模型進行全面分析，形成模擬信號區(qū)域輸油電路狀況的分析結(jié)果。根據(jù)這些分析結(jié)果，產(chǎn)生輔助的決策驗證報告，為輸油電路模擬信號系統(tǒng)的性能評估提供可靠的依據(jù)。

（3）輸油電路無線通信協(xié)議棧優(yōu)化。無線通信協(xié)議棧主要包括MAC協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。在不同的協(xié)議棧層里，定義不同的接口與命令，且在不同的層次上實現(xiàn)不同的協(xié)議集。例如，MAC層包括802.11、802.15.4、S—MAC、B—MAC、Z—MAC等；路由協(xié)議則包括AODV、DSR、HSR、ZRP、DSDV、WRP等協(xié)議。用戶可以通過選擇不同的協(xié)議來進行功能的驗證。

4 結(jié)語

在輸油電路模擬信號數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)模擬信號數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，并以表格、曲線圖、餅狀圖、柱狀圖的形式將其直觀地展示在系統(tǒng)界面上供用戶查詢；同時還可根據(jù)變化情況，自動生成輸油電路模擬信號指標的年報表、月報表和日報表等相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表，并可以實現(xiàn)對這些圖形和報表的打印功能。

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.044