北斗衛(wèi)星通訊技術在油田數(shù)據(jù)傳輸中的應用

楊越

[摘? ? 要] 油田分布區(qū)域廣、地形復雜。通過北斗衛(wèi)星通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，運用PLC邏輯控制技術、衛(wèi)星通信技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸至油田SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）可真正實現(xiàn)超遠距離的SCADA應用。文章以某油田為例，運用北斗衛(wèi)星將偏遠地區(qū)的數(shù)據(jù)采集回傳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸不受地形、天氣等的影響，其思路可供其他油田參考借鑒。

[關鍵詞]? 北斗衛(wèi)星;油田;傳輸;數(shù)據(jù)應用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 11. 074

[中圖分類號] TE345;TN927? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）11- 0172- 02

1? ? ? 前? ? 言

油田分布區(qū)域廣而且地形復雜。生產數(shù)據(jù)傳輸網絡主要分為有線網絡及無線網絡，無線網絡類型主要由WIFI、無線網橋和4G網絡構成。目前存在一些地區(qū)邊遠、地勢惡劣、沒有網絡覆蓋的井區(qū)，生產數(shù)據(jù)無法回傳，需要依靠人工往返井場抄錄數(shù)據(jù)，巡檢周期長，工作量大，費時費力。迫切需要一種不受地形、天氣影響，造價便宜使用方便的無線數(shù)據(jù)傳輸方法，解決數(shù)據(jù)遠傳集中監(jiān)控的需求。

油田采用衛(wèi)星通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，運用PLC邏輯控制技術及衛(wèi)星通信技術，將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)傳輸至中控室SCADA系統(tǒng)。衛(wèi)星通訊技術的應用，使油區(qū)數(shù)據(jù)傳輸全覆蓋，無盲點，不再受傳輸距離、地理環(huán)境、天氣條件等不利因素的影響，彌補了光纖傳輸、數(shù)傳電臺、無線網橋的缺陷。

2? ? ? 北斗衛(wèi)星建設總體思路

北斗衛(wèi)星的簡短通信功能可以實現(xiàn)用戶與地面控制中心、用戶與用戶之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。用戶終端通信工作在L/S波段，并且具有多個業(yè)務并發(fā)執(zhí)行的能力，可以在3 s內將用戶監(jiān)測站的數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶數(shù)據(jù)中心站。數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问綖槌L報文，并且不需要申請專用信道，一般用戶一次可傳輸36個漢字，經核準的用戶可以一次傳輸使用連續(xù)傳送方式，最多可傳送個120漢字[1]。

整個系統(tǒng)在縱向上可分為三層，即：設備傳輸層、采集層、應用層。

設備傳輸層——采用北斗衛(wèi)星傳輸。傳遞采用終端與衛(wèi)星之間雙向通信的交互方式。

采集層——系統(tǒng)采用PLC控制器采集現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)。

應用層——IFIX組態(tài)軟件進行數(shù)據(jù)集中處理，在中控室SCADA系統(tǒng)中進行界面遠程控制，采用目前流行的多層開發(fā)模式進行信息采集與發(fā)布;使用瀏覽器/服務器的方式同步實現(xiàn)數(shù)據(jù)網上發(fā)布。

總體設計思路如圖1所示。

3? ? ? 北斗衛(wèi)星建設具體設計

3.1? ?數(shù)據(jù)鏈路設計

（1）通過采集現(xiàn)有控制器內數(shù)據(jù)，包括運行狀態(tài)、壓力、電量參數(shù)、變頻器參數(shù)等。

（2）采集傳輸終端通過RS485接口（Modbus RTU），采集現(xiàn)場PLC控制器。

（3）中心站通過衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)，并提供以太網接口（Modbus TCP協(xié)議）[2]。

其流程如圖2所示。

3.2? ?通訊基站建設

通用型北斗二代短報文、北斗/GPS通信定位終端一體機（以下簡稱一體機）專門為數(shù)據(jù)傳輸而研制的機型，采用收發(fā)天線、模塊、核心主板一體化設計，集成了RDSS、RNSS天線、射頻收發(fā)電路、基帶電路等[3]?？删幊炭刂破骱喎QPLC，是一種數(shù)據(jù)運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。

3.3? ?PLC與通訊設備的調制

PLC 的基本工作方式是在系統(tǒng)軟件的控制下采用周期工作方式，即掃描工作方。它的操作系統(tǒng)是一個小型的實時軟件，在每次掃描期間，除了讀入各輸入點的狀態(tài)，用戶邏輯輸出控制信號以外，還進行故障自診斷和處理與編程器，計算機等的通訊請求等。

西門子編程軟件指令庫中包含專門為Modbus通訊設計的子程序和中斷服務程序，使得通訊簡單易行。在指令樹中找到這些指令，選擇指令時，會有一個或多個相關的子程序自動添加到項目中，由這些程序來管理整個的通訊過程。實現(xiàn)現(xiàn)場控制器通訊協(xié)議標準化，將原有的Modbus（支持一個主站）的通訊方式改造為Modbus TCP協(xié)議（支持多個主站）。

在水源井內設置1座PLC控制柜， 統(tǒng)一布局在控制柜中。通過對西門子S7-200PLC進行邏輯控制器處理各種指令，通過給定Modbus TCP協(xié)議通過485方式將所需數(shù)據(jù)點傳送衛(wèi)星通訊模塊，衛(wèi)星通訊模塊將所接收的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳送到接收機，接收終端處理后通過交換機接入油田自動化專網。油田SCADA系統(tǒng)通過驅動讀取指定衛(wèi)星通訊模塊的數(shù)據(jù)地址讀寫所需的數(shù)據(jù)和控制點，這就為實現(xiàn)全站“管控一體化”打下堅實基礎。

3.4? ?通訊連續(xù)性測試

通訊鏈路通訊連續(xù)性測試，如表1所示。

通過對油區(qū)A、油區(qū)B通訊設備測試、發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星通訊效果優(yōu)秀。完全符合現(xiàn)場設備傳輸需求。

3.5? ?采集數(shù)據(jù)網上發(fā)布

北斗衛(wèi)星采集數(shù)據(jù)通過PLC控制器間的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)自動采集到SCADA服務器中，并在中控室SCADA系統(tǒng)界面上進行實時顯示。SCADA系統(tǒng)是建立在自動化專網中的系統(tǒng)，只能在專網中進行查看，為了能使自動計量數(shù)據(jù)在辦公網上實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布，需要將計量的實時數(shù)據(jù)上傳到自動化Oracle數(shù)據(jù)庫 [4]。

在服務器上建立自動化系統(tǒng)主數(shù)據(jù)庫，建立數(shù)據(jù)庫聯(lián)接引用各二級單位實時數(shù)據(jù)，通過鏈路把歷史數(shù)據(jù)轉儲到主數(shù)據(jù)庫上。自動化實時數(shù)據(jù)通過專用設備轉儲到Oracle關系數(shù)據(jù)庫中，在數(shù)據(jù)庫開發(fā)方面，大量使用存儲過程和視圖進行數(shù)據(jù)庫后臺訪問并處理數(shù)據(jù)計量數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)發(fā)布所采用平臺為油田統(tǒng)一的集成運用平臺，通過可視化的定義工具，操作步驟更加簡化，邏輯更加連貫。在遵循定制思想、優(yōu)化定制流程的前提下，集成平臺以操作可視化、簡捷化、標準化為理念，采用相對簡便、邏輯清晰、所見即所得的操作來完成之前的復雜定制工作，極大地提高了定制工作的效率和準確度。

4? ? ? 北斗衛(wèi)星推廣應用

4.1? ?推廣情況

按照示范區(qū)建設，油田首次采用北斗衛(wèi)星接入SCADA系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了同步衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸，通過在偏遠水源井的成功應用，取得了較好的效果。

4.2? ?應用效果

通過北斗衛(wèi)星的成功實施應用，實現(xiàn)油田偏遠地區(qū)數(shù)據(jù)的回傳，為企業(yè)有質量、有效益的生產提供技術支撐，形成以下效果：

（1）節(jié)約成本費用。傳統(tǒng)的光纖通訊單獨架設光纖費用昂貴，若全部偏遠井區(qū)用光纖接入，費用需上百萬元;北斗衛(wèi)星的投用大大減少了員工往返現(xiàn)場的次數(shù)，節(jié)約車輛費用。衛(wèi)星通訊覆蓋偏遠井區(qū)后，1人可完成所有站庫的監(jiān)控工作，很大程度上減少一線操作員工數(shù)量，節(jié)約企業(yè)成本。

（2）為偏遠井區(qū)的數(shù)據(jù)采集提供技術支撐，提高管理水平。在中控室就可實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的遠程啟停、數(shù)據(jù)采集、功能設定，實現(xiàn)了油田接轉站的“管控一體化”，提高了管理水平。

（3）數(shù)據(jù)報警信息遠程監(jiān)控，降低生產安全風險。夜班巡檢存在人員少，站點多的情況，巡檢工作量大，系統(tǒng)設置報警參數(shù)后，報警出現(xiàn)時刻及時通知現(xiàn)場人員采取相應的應急措施，減少現(xiàn)場跑油等現(xiàn)象，有毒有害氣體超標時提示人員嚴禁進入，減少不必要的人員傷害，降低生產安全風險。

主要參考文獻

[1]徐明明.水文測報數(shù)據(jù)傳輸中的北斗衛(wèi)星通信技術探討[J].工業(yè)技術創(chuàng)新，2016（4）：831-833.

[2]鄧志君，梁松峰，基于RS485接口Modbus協(xié)議的PLC與多機通訊[J].微計算機信息，2010（8）：107-108.

[3]王磊，宋蕾.利用北斗短信功能實現(xiàn)海上測量信息的回傳[J].海洋測繪，2011（3）：25-27.

[4]劉霽宇.北斗衛(wèi)星SCADA通信組網方案[J].黑龍江科技信息，2009（24）：50.