油田远程监控系统

一、项目背景

在广袤宽阔的辽河三角洲上，到处都能看到正在工作的采油钻井，油区地理位置分散，生产作业流动性大，野外施工环境恶劣。如何能更好地实现监测每一个钻井平台的工作状态和生产数据，一直是油田管理层思考的大事。

辽河油田地跨辽宁、内蒙两省区的13个地市，下设采油、科研、集输、销售等20个二级单位，油区地理位置分散，生产作业流动性大，野外施工环境恶劣。同时，辽河油田拥有生产油井近3万口，分布零散，如何能及时掌握油井的生产状态信息，成为提高辽河油田生产率的关键。以往单纯依靠手工现场收集数据的方式不仅不能满足辽河油田的生产需要，而且成为制约企业快速发展的瓶径。

目前GPRS已经在很多领域有比较广泛成熟的应用，借助GPRS组网方案的应用，可以大大地提高辽河油田的生产作业效率和信息化管理水平。

二、项目分析

2.1  系统组成

2.1.1油田数据采集终端

采集终端负责采集各个机井的工作压力、采油时电压、蒸汽温度等数据，这些数据对判断设备的工作状况非常重要。

2.1.2无线传输设备

油田分布广泛而且都非常偏远，给安装维护带来不少困难，鉴于对通讯模块的要求，我们选择厦门四信通讯有限公司的F2103 IP MODEM。它具有体积小、功耗低、配置使用简单、即插即用。支持主备数据通道、并行多数据通道、实时在线和按需在线多种工作方式、并且支持APN网络接入等功能不仅可以保障数据安全可靠还能让客户根据需传输节省资费。

2.1.3数据管理中心

主要的部分有油田中心监控计算机的操作系统、井口微型计算机扫描和通信程序和在油田中心生产监控系统中编制报表、分析数据和通信用的软件。 

① 自动收集和认可从远程井口微型计算机传输来的数据，每口井具有其自己的识别特征；

② 自动检查错误，如果需要还可重新传输；

③ 可设定报警标准，一旦数据达到或超过报警值则自动弹出报警信息；

④ 对数据信息进行分析，从而制定产量及时间报表，且提供趋势分析图表，直观的现实数据参数，给后期计划提供数据支持。

2.2  系统总架构

油田采集终端通过RS232/485通讯接口与F2103串口连接，数据监控中心可以采用多种方式连接网络，例如固定IP、APN、ADSL等。

无线传输设备F2103通过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机，与中心建立TCP/IP连接后开启透明数据通道。当采集终端需要上报数据的时候将数据直接送往串口，此时F2103就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机。当数据中心下发的命令或数据通过通道传输到F2103后，F2103通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。

2.3系统实现功能

1、数据检测功能：自动监测、记录采油设备上的电压、电流、电度、温度、压力、流量、液位、界面、含水、示功图、红外报警等数据。采集数据的格式为模拟、数字和串行通信口。还能完成流量和电度的积算。

2、数据共享功能：所测数据以及采油设备的工作状态可以传输到局域网上，实现多方远程数据共享。

3、显示功能：总流程显示、分组流程显示、全部数据列表、分组数据列表、单个仪表历史数据列表，对于日、月、年显示、故障列表显示。

4、辅助分析功能：及时发现停电、缺相、油管堵塞、盗油、液面过低、配重不平衡等异常情况。

5、报警功能：如果检测值超过设定范围，即声光告警，并能在屏幕上显示出现问题的仪表名称以及参数超出的范围，若有多个数据报警，将按顺序显示超值列表。

6、权限设置功能：权限设置分一般操作员、管理员、超级系统管理三种。利用输入用户名和密码加以限制

三、项目架构实施

3.1 传输模块与油田采集终端连接

油田数据采集过程中，首先将各处传感器的数据进行集中，集中器采用232/485通信接口，四信F2103即采用232/485通信方式。

3.2 数据中心网络接入方式分析

1.专线接入

中心采用APN专线， 所有点都采用内网固定IP客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。

用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。

用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。

2. ADSL拨号连接（动态公网IP地址）

中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

3. 通过固定公网IP连接

中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INT ERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

3.3 数据中心软件平台构建

中心端软件的构建有多种方式，对于传入数据的方式的不同，我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。

目前四信提供三种方式的中心接口：

1.首先是对于组态软件，目前很多组态软件厂家已经集成了我们的驱动了，可以直接配置使用；

2.对于后台中心软件只读串口数据的情况，提供一个虚拟串口软（TCP2COM），利用虚拟串口软件可以将以太网数据转化为串口数据，从而实现利用无线公网传输数据且又对现有系统不做修改的完美结合。

3.在客户想要开发自己的数据中心是，此时我公司会提供一个动态链接库，利用动态链接库客户可以很轻松的与传输通道进行对接，同时会提供一个的数据中心DEMO软件，不仅开放源码还全程协助客户进行自己数据中心软件和功能的开发。客户可能通过动态链接库快速开发一个灵活的，稳定的，功能齐全的终端管理和数据交互的中心软件。

四、方案特点

1.       采用GPRS 无线组网方式，解决了油田分布散且偏远的困难，完全不受地理和采集点的约束，而且利用公共网络组网方便，费用低廉。

2.       采用数据中心统一管理的组网方式，结合F2103已经GPRS的网络特点，在现有工程上增加新的监测传输点变得十分便捷，且用对现有的工程结构不产生任何影响，极大的体现了远程监控网络的灵活性。

3.       F2103 IP MODEM 采用标准的工业串口通信，即插即用，无需太多的专业技能和知识既能很快完成操作，且高规格的模具设计，体积小巧方便维护。

4.       油田设备都是长期夜以继日的运行工作着，而且当地环境气候都比较恶劣，要时刻保持工作状态的监测，四信IP MODEM采用高性能工业级处理器以及看门狗等安全机制设计，保证IP MODEM 万一通信中断也会自行检测然后自动断电重启，保证IP MODEM 永远在线，通信链路永远正常。

5.       采用多中心设计，可同时设置5个中心监控采集现场，避免因某个中心网络不稳定或者关闭导致无法对矿井现场进行监控而产生安全隐患。

6.       矿井一般都在偏远地区且，在此F2103进行人性化工程设计，可是工程人员无需到现场就可以远程直接对网络参数进行相应的配置，达到时间和人力的合理利用。

7.       高规格材料选配，可在 -25~+65oC、 相对湿度 95%(无凝结)环境下正常工作。

8.       多协议支持，四信IP  MODEM支持透明TCP 、UDP传输协议和自定义应用协议等功能，给用户更多的选择空间。

五、小结

目前油田无线远程监控的工程应用已经十分广泛和成熟，得到的效果也是显而易见的，不仅摆脱了低效率的人工监测，且大大降低了油田的安全隐患，提高了油田的整体经营效率，无线应用在各行各业扮演者越来越重要的角色。