廈門(mén)才茂基于2G/3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程油井監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用方案

摘要：本文提出了一種基于2G/3G網(wǎng)絡(luò) 的輸油管道遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡(jiǎn)要介紹了2G/3G技術(shù)的基本知識(shí)，描述了2G/3G無(wú)線傳輸應(yīng)用于石油化工數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果。
關(guān)鍵詞：2G/3G DTU；在線監(jiān)控；遠(yuǎn)程傳輸；油井；

一、引言

由于油田所在地理位置往往具有特殊的環(huán)境，因而實(shí)現(xiàn)油田之間的通信首要問(wèn)題就是要克服地理環(huán)境所帶來(lái)的限制，架設(shè)一個(gè)龐大的通信系統(tǒng)是一個(gè)費(fèi)時(shí)耗資金的過(guò)程，也給系統(tǒng)維護(hù)帶來(lái)很大的困難，地形的起伏不平導(dǎo)致鋪設(shè)電纜后不宜傳導(dǎo)，同時(shí)電纜穿過(guò)煉油廠可能是潛在的危險(xiǎn)。2G/3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在油井監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用充分發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)，以上所描述的問(wèn)題迎刃而解。目前，全國(guó)許多大油田都已經(jīng)在使用2G/3G無(wú)線技術(shù)，為油田的生產(chǎn)和管理提供了很大的便利，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

二、油井無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控的優(yōu)勢(shì)

1、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力：與短消息服務(wù)比較，由于2G/3G具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取、處理多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)，無(wú)需輪巡就可以同步監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)鐘可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

2、遠(yuǎn)程儀器設(shè)備控制：由于采用2G/3G雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的時(shí)間校正、狀態(tài)報(bào)告、開(kāi)關(guān)以及其他監(jiān)測(cè)、控制等功能。

3、建設(shè)成本低：可充分利用現(xiàn)有2G/3G網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備安裝即接通，而采用超短波通信時(shí)需要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備。

4、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，建設(shè)周期短：利用現(xiàn)有成熟2G/3G網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)基本不需要調(diào)試，安裝簡(jiǎn)捷。采用超短波通信時(shí)安裝調(diào)試工作量大，要先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)測(cè)試，天線鐵架架設(shè)，天線方向角度調(diào)試等工作。

5、覆蓋范圍廣：構(gòu)建油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿足山區(qū)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多，部分監(jiān)控點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而用2G/3G方式，理論上在無(wú)線2G/3G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

6、數(shù)據(jù)傳輸速率高：2G GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2Kbps，實(shí)際應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率在40 Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺(tái)傳送速率多為2.4kbit/s或更低，3G WCDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸速率可達(dá)到384Kbps，傳輸更快。

7、系統(tǒng)的傳輸容量大：監(jiān)控中心站要和每一個(gè)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，�?/span>2G/3G技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

8、通信費(fèi)用低，可按時(shí)間和流量進(jìn)行收費(fèi)。

9、通信的靈活性和可擴(kuò)展性——由于油井具有控制點(diǎn)面多、面廣和分散的特點(diǎn)，要求采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，隨著“ALL IP”網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨勢(shì)的發(fā)展以及石油運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，需要考慮基于IP的業(yè)務(wù)承載，同時(shí)要求便于安裝施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)。

三、系統(tǒng)組成

（圖）油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

2G/3G油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用集散式監(jiān)控結(jié)構(gòu)主要由監(jiān)控中心，2G/3G DTU（2G/3G數(shù)傳設(shè)備），油井?dāng)?shù)據(jù)采集終端三部分組成。
1、油井?dāng)?shù)據(jù)采集終端
      油井?dāng)?shù)據(jù)終端可檢測(cè)抽油機(jī)的載荷，電潛泵井電機(jī)電流，功率因數(shù)，井口溫度，井口壓力，井底流量等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備通過(guò)RS232/RS485/RS422串口把采集到的數(shù)據(jù)傳送給2G/3G DTU。通過(guò)2G/3G DTU接入移動(dòng)公司為油田中心站提供的專用的2G/3G網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對(duì)油田信息采集點(diǎn)的接入地點(diǎn)，時(shí)間，數(shù)量沒(méi)有限制可以隨時(shí)增減。可以滿足山區(qū)，偏遠(yuǎn)地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
采集終端主要功能：自動(dòng)監(jiān)測(cè)，記錄采油設(shè)備上的電壓，電流，電度，溫度，壓力，流量，液位，界面，含水，示功圖，紅外報(bào)警等數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)的格式為模擬，數(shù)字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。還有輔助分析功能及時(shí)發(fā)現(xiàn)停電，缺相，油管堵塞，盜油，液面過(guò)低，配重不平衡等異常情況。

2、才茂2G/3G DTU介紹

DTU(Data Transfer Unit),全稱數(shù)據(jù)傳輸單元,為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、TCP/UDP 透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓�業(yè)級(jí)無(wú)線終端設(shè)備。產(chǎn)品采用高速高性能工業(yè)級(jí)ARM9 嵌入式處理器或者X86 架構(gòu)高性能嵌入式處理器，以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，超大內(nèi)存，內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP 協(xié)議棧，為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)應(yīng)用。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，DTU 產(chǎn)品支持語(yǔ)音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)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、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心
       本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL，LAN等INTELNET公網(wǎng)連接或移動(dòng)提供DDN專線接入方式連接，2G/3G數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址來(lái)主動(dòng)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過(guò)代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的IP地址和ID號(hào)，當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來(lái)找到對(duì)應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過(guò)2G/3G數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過(guò)端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通訊流程，當(dāng)油田信息采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
       在數(shù)據(jù)監(jiān)控中心監(jiān)控室能迅速準(zhǔn)確掌握油田管理局轄區(qū)內(nèi)各種油井的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，遙控啟停抽油設(shè)備。可以采集存儲(chǔ)所有檢測(cè)數(shù)據(jù)，如采油設(shè)備上的電壓，溫度，壓力，流量，液位，界面，含水等參數(shù)。 同時(shí)也具有系統(tǒng)報(bào)警功能，系統(tǒng)綜述功能。

四、系統(tǒng)安全性

系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無(wú)意的破壞，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問(wèn)防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
      數(shù)據(jù)中心可通過(guò)公網(wǎng)使用VPN接入到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動(dòng)終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的軟件。通過(guò)VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過(guò)Ｒａｄｉｕｓ服務(wù)器的認(rèn)證整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動(dòng)公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高，穩(wěn)定可靠。
對(duì)于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過(guò)接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對(duì) 整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對(duì)用戶SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問(wèn)專用APN，移動(dòng)終端與數(shù)據(jù)中心采用中國(guó)移動(dòng)分配的專門(mén)的APN進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無(wú)法呼叫專門(mén)的APN。
3、對(duì)于特定用戶，可通過(guò)數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼，其他沒(méi)有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無(wú)法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

五、DTU系列產(chǎn)品資質(zhì)與檢測(cè)

1、無(wú)線通信在線維持專利技術(shù)

2、摩爾實(shí)驗(yàn)室高低溫檢測(cè)報(bào)告

3、福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院檢測(cè)

4、著作版權(quán)證書(shū)

5、EMC檢測(cè)報(bào)告

6、國(guó)家強(qiáng)制3C認(rèn)證

7、DTU創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)

8、深圳比亞迪用戶測(cè)試報(bào)告

六、才茂資質(zhì)

公司榮譽(yù)：

2009 年公司GPRS DTU 產(chǎn)品被評(píng)為“創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)”；

2011 年被評(píng)為“中國(guó)工控行業(yè)客戶滿意最好供應(yīng)商”；

2012 年公司成為“中國(guó)質(zhì)量萬(wàn)里行”會(huì)員；

2013 年公司成為“智能輸配電設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”會(huì)員；

2010 年被國(guó)家認(rèn)定的高新科技企業(yè)；

2010 年被國(guó)家認(rèn)定的雙軟企業(yè)企業(yè)；

公司擁有2 項(xiàng)保持設(shè)備穩(wěn)定的專利技術(shù)證書(shū)和26 個(gè)軟件著作版權(quán)證書(shū)；

全國(guó)設(shè)立了9 大區(qū)域辦事處，66個(gè)代理商，方便為客戶提供近距離貼心服務(wù)；

公司注冊(cè)資本1280 萬(wàn)；廈門(mén)市重點(diǎn)扶持高新科技企業(yè)；

15 年的行業(yè)研發(fā)積累和行業(yè)應(yīng)用考驗(yàn)。

七、總結(jié)

該監(jiān)控系統(tǒng)中，使用組態(tài)軟件和2G/3G無(wú)線數(shù)傳終端，系統(tǒng)無(wú)線遙測(cè)遙控主機(jī)（RTU）將檢測(cè)到的單口采油井的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，通過(guò)無(wú)線方式傳送給監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時(shí)間，極大的提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)系統(tǒng)的性價(jià)比特高。另外，本系統(tǒng)還非常適合輸油管漏油，盜油監(jiān)測(cè)，在實(shí)際應(yīng)用中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
采用2G/3G無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)通訊方法解決了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通訊問(wèn)題，比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優(yōu)越性。隨著2G/3G網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，2G/3G的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)越來(lái)越廣闊。