無線數(shù)傳技術(shù)的研究與應(yīng)用

陳曉春　王羿　何光偉　張兵　文坤明

摘要：隨著蘇里格氣田的高速發(fā)展，無線傳輸技術(shù)在蘇里格氣田開始廣泛應(yīng)用。文章針對單井數(shù)傳系統(tǒng)的供電饋電問題和單井數(shù)據(jù)進集氣站傳輸緩慢等情況，提出單井風(fēng)光互補供電系統(tǒng)和單井新式RTU實驗通訊技術(shù)，對這幾種應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)在蘇里格氣田的應(yīng)用進行了研究與探討。

關(guān)鍵詞：第三采氣廠；無線數(shù)傳技術(shù)；數(shù)傳電臺；風(fēng)光互補；RTU 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN919 文章編號：1009-2374（2015）05-0051-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0358

1 無線數(shù)傳技術(shù)簡介

1.1 無線數(shù)傳技術(shù)的概念

無線數(shù)傳也就是我們通常說的無線數(shù)據(jù)傳輸，又可稱為無線數(shù)傳終端、無線數(shù)傳模塊。它可以用現(xiàn)在我們都知道的GPRS、CDMA這樣的通信網(wǎng)絡(luò)來進行，也可以用專門的無線數(shù)傳模塊來操作，比如微波、WiFi等。

無線數(shù)傳是以無線網(wǎng)絡(luò)為通信平臺，提供標準的RS-232/485/TTL接口，按照工業(yè)標準設(shè)計，可直接與RTU、PLC、智能儀表、單片機控制器、視頻攝像機等各種工業(yè)現(xiàn)場的下位機設(shè)備連接。

1.2 無線數(shù)傳技術(shù)的優(yōu)點

（1）無線數(shù)傳為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)；（2）產(chǎn)品支持語音、視頻、數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能，同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能；（3）有效降低地面建設(shè)成本，相比于傳統(tǒng)的光纜輻射，降低了地面工程投資及因征地而產(chǎn)生的各類外協(xié)問題。

2 應(yīng)用中的數(shù)傳技術(shù)

在蘇里格氣田采氣廠建成初期，面對著蘇里格地區(qū)面積大井區(qū)范圍較廣的情況，結(jié)合當時的實際情況，采用了數(shù)傳電臺和無線網(wǎng)橋這兩種技術(shù)將單井數(shù)據(jù)傳輸至集氣站，再由輻射至各個集氣站的地面光纜將穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳至蘇里格氣田指揮中心以供生產(chǎn)決策使用。

2.1 數(shù)傳電臺

2.1.1 數(shù)傳電臺簡介。數(shù)傳電臺是指借助DSP技術(shù)和無線電技術(shù)實現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺。

數(shù)傳電臺的使用從最早的按鍵電碼、電報、模擬電臺加無線MODEM，發(fā)展到目前的數(shù)字電臺和DSP、軟件無線電；傳輸信號也從代碼、低速數(shù)據(jù)到高速數(shù)據(jù)，可以傳輸包括遙控遙測數(shù)據(jù)、數(shù)字化語音、動態(tài)圖像等

業(yè)務(wù)。

2.1.2 數(shù)傳電臺使用現(xiàn)狀。（1）在建成初期，受當時技術(shù)的限制，僅有數(shù)傳電臺技術(shù)較為成熟。因此，在集氣站大面積使用了數(shù)傳電臺技術(shù)，起到了將井口數(shù)據(jù)傳回蘇里格氣田指揮中心以供決策使用的作用；（2）然而數(shù)傳電臺作為一種早期無線傳輸技術(shù)，無法適應(yīng)蘇里格氣田數(shù)字化發(fā)展的步伐，它不能傳送連續(xù)的視頻數(shù)據(jù)，并且數(shù)傳電臺的傳輸穩(wěn)定性也不夠；（3）數(shù)傳電臺的信號很容易收到外界的干擾，從蘇里格氣田指揮中心下達指令時，它的響應(yīng)時間較長、數(shù)據(jù)延遲很大，無法滿足氣田日益增長的生產(chǎn)需求。

2.2 風(fēng)光互補供電系統(tǒng)

蘇里格氣田最早井場使用太陽能板發(fā)電，在夏秋季光照時間充足的時間能滿足單井數(shù)據(jù)遠傳系統(tǒng)的需求，但是在春季，尤其是冬季晝短夜長或連陰時間長的時候，單井數(shù)據(jù)遠傳系統(tǒng)經(jīng)常性饋電，無法正常運行。

2.2.1 單井供電系統(tǒng)改造。井場供電部分加裝風(fēng)光互補供電部分，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備功耗統(tǒng)計，整體設(shè)備功耗在15W左右，井口設(shè)備24小時不間斷工作，根據(jù)烏審旗氣象資料和近幾年的經(jīng)驗，按照連續(xù)5天陰雨天的條件，風(fēng)光互補供電系統(tǒng)的配置包括太陽能電池板60W一塊，300W磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機一臺，蓄電池65AH一塊，風(fēng)光互補控制器一臺。采用新的供電方式可以用最短的時間將蓄電池充滿，即使連續(xù)天陰，只要有風(fēng)機也可以給蓄電池充電。

2.2.2 光電池板的選用計算。負載參數(shù)：負載功率15W，負載每天工作時間：24小時，蓄電池工作電壓：12V；日照參數(shù)：當?shù)氐娜照諘r數(shù)：5.57，所在城市：鄂爾多斯；蓄電池參數(shù)：要求持續(xù)連陰天數(shù)：5天，放電深度為：70%；要求狀態(tài)：當天耗電量：30AH，光電功率：360W蓄電池容量：65AH，蓄電池1天可以被充滿，實際電量可以持續(xù)5天。

2.3 風(fēng)光互補系統(tǒng)

2.3.1 風(fēng)機控制器。（1）智能化、模塊化設(shè)計、結(jié)構(gòu)簡單，功能強大，性能穩(wěn)定，產(chǎn)品可靠。（2）PWM充電方式，限壓限流充電模式，可精確設(shè)定風(fēng)機停機轉(zhuǎn)速。（3）可選風(fēng)機升壓充電模塊，該模塊輸入阻抗和開始充電電壓均可調(diào)，以適應(yīng)不同風(fēng)機的充電特性。（4）兩路直流輸出，每路均有七種負載輸出控制方式可供選擇：常開；常關(guān)；常半功率；光控開、光控關(guān)；光控開、時控關(guān)；光控開、時控半功率、光控關(guān)；光控開、時控半功率、時控關(guān)。（5）可選RS232、RS485進行遠程監(jiān)控，VS防雷保護。（6）采用了為風(fēng)光互補路燈專業(yè)設(shè)計的LCD液晶；LCD以直觀的數(shù)字和圖形形式顯示全部系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)；完善的保護功能。

2.3.2 風(fēng)力發(fā)電機。（1）微風(fēng)啟動；（2）風(fēng)葉采用尼龍材料磨具成型，重量小于160g；（3）風(fēng)機頭的整體重量大約10kg；（4）結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝

方便。

4 單井數(shù)據(jù)采集新型RTU

4.1 通訊原理

由于目前井口的數(shù)據(jù)通過無線方式傳入站內(nèi)后都進入了BB控制器，因此井口的數(shù)據(jù)采集方式也發(fā)生了變化，加入了新式的RTU。井口所有的壓變、截斷閥、流量計等信號線都接到RTU上，由RTU給井口這些設(shè)備下發(fā)采集指令，然后將返回的數(shù)據(jù)先存貯在RTU內(nèi)的寄存器中，寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)會隨RTU的采集周期不停的更新。井口的RTU會等待站內(nèi)BB控制器所下發(fā)的采集數(shù)據(jù)指令，然后通過無線方式將RTU內(nèi)所存貯的數(shù)據(jù)發(fā)給站內(nèi)BB控制器。

4.2 新型RTU優(yōu)點及說明

4.2.1 使用優(yōu)點。因為不同的單井上，所安裝的壓變、截斷閥、流量計等設(shè)備的廠家和型號都有所不同，他們的數(shù)據(jù)采集方式和采集指令都有所不同，使用新的RTU可以解決這一問題。這些采集指令、采集周期等可以寫入RTU內(nèi)，并且隨著井口設(shè)備的變化而隨時

更改。

4.2.2 井口新型RTU。該新型RTU使用最大頻率72MHz的ARM工業(yè)級CPU，外擴32M SDRAM和4M FLASH，嵌入式操作系統(tǒng)，1M用戶程序存儲區(qū)和100K用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)。16路AI，16位A/D，可選輸入0～5V或0～20mA，8路AO，16位D/A，可輸出0～10V電壓或0～20mA電流，提供一個10M/100M以太網(wǎng)接口，支持MODBUS/TCP協(xié)議，支持IEC870-5-104協(xié)議，2個RS232/RS485接口，支持MODBUS協(xié)議，AC 90～264V供電，最大功率小于12W對外提供1路直流24V電源，最大功率5W，工作環(huán)境工作溫度-40℃～85℃，濕度：5%～95%，IP20防護。單臺模塊即可靈活應(yīng)用于各種小型工業(yè)自動控制場合。

5 結(jié)語

（1）使用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)后解決了原太陽能板在冬季晝短夜長和連陰時間長時，單井數(shù)據(jù)遠傳系統(tǒng)經(jīng)常性饋電，無法正常運行的問題。一年四季均可為氣田的正常化生產(chǎn)服務(wù)；（2）對于耗電量較大的無線網(wǎng)橋，同時加裝100W風(fēng)力發(fā)電機1臺，以充分利用當?shù)仫L(fēng)能，解決光照不足條件下的系統(tǒng)供電問題。

參考文獻

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[2] 董占強.無線信道遠程網(wǎng)橋的設(shè)計[J].無線電通信技術(shù)，2009，（4）.

作者簡介：陳曉春，男，陜西咸陽人，供職于長慶油田分公司第三采氣廠，研究方向：采氣廠的網(wǎng)絡(luò)、信息系統(tǒng)維護，現(xiàn)場數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)等。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）