楊越

[摘? ? 要] 油田分布區(qū)域廣、地形復(fù)雜。通過北斗衛(wèi)星通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，運(yùn)用PLC邏輯控制技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)，實(shí)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(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的SCADA應(yīng)用。文章以某油田為例，運(yùn)用北斗衛(wèi)星將偏遠(yuǎn)地區(qū)的數(shù)據(jù)采集回傳，實(shí)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(guān)鍵詞]? 北斗衛(wèi)星;油田;傳輸;數(shù)據(jù)應(yīng)用

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

[中圖分類號(hào)] TE345;TN927? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? A? ? ? [文章編號(hào)]? 1673 - 0194（2019）11- 0172- 02

1? ? ? 前? ? 言

油田分布區(qū)域廣而且地形復(fù)雜。生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要分為有線網(wǎng)絡(luò)及無線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)類型主要由WIFI、無線網(wǎng)橋和4G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。目前存在一些地區(qū)邊遠(yuǎn)、地勢(shì)惡劣、沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的井區(qū)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法回傳，需要依靠人工往返井場(chǎng)抄錄數(shù)據(jù)，巡檢周期長，工作量大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。迫切需要一種不受地形、天氣影響，造價(jià)便宜使用方便的無線數(shù)據(jù)傳輸方法，解決數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(yùn)用PLC邏輯控制技術(shù)及衛(wèi)星通信技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)傳輸至中控室SCADA系統(tǒng)。衛(wèi)星通訊技術(shù)的應(yīng)用，使油區(qū)數(shù)據(jù)傳輸全覆蓋，無盲點(diǎn)，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(bǔ)了光纖傳輸、數(shù)傳電臺(tái)、無線網(wǎng)橋的缺陷。

2? ? ? 北斗衛(wèi)星建設(shè)總體思路

北斗衛(wèi)星的簡(jiǎn)短通信功能可以實(shí)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(gè)業(yè)務(wù)并發(fā)執(zhí)行的能力，可以在3 s內(nèi)將用戶監(jiān)測(cè)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(bào)文，并且不需要申請(qǐng)專用信道，一般用戶一次可傳輸36個(gè)漢字，經(jīng)核準(zhǔn)的用戶可以一次傳輸使用連續(xù)傳送方式，最多可傳送個(gè)120漢字[1]。

整個(gè)系統(tǒng)在縱向上可分為三層，即：設(shè)備傳輸層、采集層、應(yīng)用層。

設(shè)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(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)。

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

總體設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

3? ? ? 北斗衛(wèi)星建設(shè)具體設(shè)計(jì)

3.1? ?數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計(jì)

（1）通過采集現(xiàn)有控制器內(nèi)數(shù)據(jù)，包括運(yùn)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(chǎng)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(wǎng)接口（Modbus TCP協(xié)議）[2]。

其流程如圖2所示。

3.2? ?通訊基站建設(shè)

通用型北斗二代短報(bào)文、北斗/GPS通信定位終端一體機(jī)（以下簡(jiǎn)稱一體機(jī)）專門為數(shù)據(jù)傳輸而研制的機(jī)型，采用收發(fā)天線、模塊、核心主板一體化設(shè)計(jì)，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?jiǎn)稱PLC，是一種數(shù)據(jù)運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

3.3? ?PLC與通訊設(shè)備的調(diào)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(gè)小型的實(shí)時(shí)軟件，在每次掃描期間，除了讀入各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，用戶邏輯輸出控制信號(hào)以外，還進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器，計(jì)算機(jī)等的通訊請(qǐng)求等。

西門子編程軟件指令庫中包含專門為Modbus通訊設(shè)計(jì)的子程序和中斷服務(wù)程序，使得通訊簡(jiǎn)單易行。在指令樹中找到這些指令，選擇指令時(shí)，會(huì)有一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的子程序自動(dòng)添加到項(xiàng)目中，由這些程序來管理整個(gè)的通訊過程。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制器通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，將原有的Modbus（支持一個(gè)主站）的通訊方式改造為Modbus TCP協(xié)議（支持多個(gè)主站）。

在水源井內(nèi)設(shè)置1座PLC控制柜， 統(tǒng)一布局在控制柜中。通過對(duì)西門子S7-200PLC進(jìn)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(diǎn)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(jī)，接收終端處理后通過交換機(jī)接入油田自動(dòng)化專網(wǎng)。油田SCADA系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)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(diǎn)，這就為實(shí)現(xiàn)全站“管控一體化”打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.4? ?通訊連續(xù)性測(cè)試

通訊鏈路通訊連續(xù)性測(cè)試，如表1所示。

通過對(duì)油區(qū)A、油區(qū)B通訊設(shè)備測(cè)試、發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星通訊效果優(yōu)秀。完全符合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳輸需求。

3.5? ?采集數(shù)據(jù)網(wǎng)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(dòng)采集到SCADA服務(wù)器中，并在中控室SCADA系統(tǒng)界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。SCADA系統(tǒng)是建立在自動(dòng)化專網(wǎng)中的系統(tǒng)，只能在專網(wǎng)中進(jìn)行查看，為了能使自動(dòng)計(jì)量數(shù)據(jù)在辦公網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布，需要將計(jì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到自動(dòng)化Oracle數(shù)據(jù)庫 [4]。

在服務(wù)器上建立自動(dòng)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(jí)單位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過鏈路把歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到主數(shù)據(jù)庫上。自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過專用設(shè)備轉(zhuǎn)儲(chǔ)到Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，在數(shù)據(jù)庫開發(fā)方面，大量使用存儲(chǔ)過程和視圖進(jìn)行數(shù)據(jù)庫后臺(tái)訪問并處理數(shù)據(jù)計(jì)量數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)發(fā)布所采用平臺(tái)為油田統(tǒng)一的集成運(yùn)用平臺(tái)，通過可視化的定義工具，操作步驟更加簡(jiǎn)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(tái)以操作可視化、簡(jiǎn)捷化、標(biāo)準(zhǔn)化為理念，采用相對(duì)簡(jiǎn)便、邏輯清晰、所見即所得的操作來完成之前的復(fù)雜定制工作，極大地提高了定制工作的效率和準(zhǔn)確度。

4? ? ? 北斗衛(wèi)星推廣應(yīng)用

4.1? ?推廣情況

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

4.2? ?應(yīng)用效果

通過北斗衛(wèi)星的成功實(shí)施應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)油田偏遠(yuǎn)地區(qū)數(shù)據(jù)的回傳，為企業(yè)有質(zhì)量、有效益的生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，形成以下效果：

（1）節(jié)約成本費(fèi)用。傳統(tǒng)的光纖通訊單獨(dú)架設(shè)光纖費(fèi)用昂貴，若全部偏遠(yuǎn)井區(qū)用光纖接入，費(fèi)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(chǎng)的次數(shù)，節(jié)約車輛費(fèi)用。衛(wèi)星通訊覆蓋偏遠(yuǎn)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(yuǎn)井區(qū)的數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支撐，提高管理水平。在中控室就可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程啟停、數(shù)據(jù)采集、功能設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了油田接轉(zhuǎn)站的“管控一體化”，提高了管理水平。

（3）數(shù)據(jù)報(bào)警信息遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。夜班巡檢存在人員少，站點(diǎn)多的情況，巡檢工作量大，系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警參數(shù)后，報(bào)警出現(xiàn)時(shí)刻及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)人員采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，減少現(xiàn)場(chǎng)跑油等現(xiàn)象，有毒有害氣體超標(biāo)時(shí)提示人員嚴(yán)禁進(jìn)入，減少不必要的人員傷害，降低生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

主要參考文獻(xiàn)

[1]徐明明.水文測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)傳輸中的北斗衛(wèi)星通信技術(shù)探討[J].工業(yè)技術(shù)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(jī)通訊[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010（8）：107-108.

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