油井遠程監控系統

摘    要：本文提出了一種基于GPRS 的輸油管道遠程監控系統設計原理和實(shí)現方案，簡(jiǎn)要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識，描述了GPRS 無(wú)線(xiàn)傳輸應用于石油化工數據傳輸的實(shí)現方法。通過(guò)實(shí)際應用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：GPRS；DDN；環(huán)保；輸油；在線(xiàn)；遠程；監控；油井

一、背景介紹

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，架設一個(gè)龐大的通信系統是一個(gè)費時(shí)耗資金的過(guò)程，也給系統維護帶來(lái)很大的困難，地形的起伏不平導致鋪設電纜后不宜傳導，同時(shí)電纜穿過(guò)煉油廠(chǎng)可能是潛在的危險。GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在油井監控系統中的應用充分發(fā)揮了它的優(yōu)勢，以上所描述的問(wèn)題迎刃而解。目前，全國許多大油田都已經(jīng)在使用GPRS無(wú)線(xiàn)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、系統特點(diǎn)

GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )具備如下特點(diǎn)：

1、良好的實(shí)時(shí)響應與處理能力：與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線(xiàn)特性，系統無(wú)時(shí)延，系統能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取、處理多個(gè)監測點(diǎn)的各種數據，無(wú)需輪巡就可以同步監測點(diǎn)的時(shí)鐘可很好的滿(mǎn)足系統對數據采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統，監控中心可以反向實(shí)現對儀器設備的時(shí)間校正、狀態(tài)報告、開(kāi)關(guān)以及其他監測、控制等功能；

3、建設成本低：可充分利用現有GPRS網(wǎng)絡(luò )，設備安裝即接通，而采用超短波通信時(shí)需要充分考慮現場(chǎng)環(huán)境，還需要配備天線(xiàn)鐵架等附屬設備。

4、安裝調試簡(jiǎn)單，建設周期短：利用現有成熟GPRS網(wǎng)絡(luò )，系統投入運行時(shí)基本不需要調試，安裝簡(jiǎn)捷。采用超短波通信時(shí)安裝調試工作量大，要先進(jìn)行現場(chǎng)信號測試，天線(xiàn)鐵架架設，天線(xiàn)方向角度調試等工作。

5、覆蓋范圍廣：構建油井遠程監控系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿(mǎn)足山區，鄉鎮和跨地區的接入需求。由于監控點(diǎn)數量眾多，部分監控點(diǎn)位于偏僻地區，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GPRS方式，理論上在無(wú)線(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍之內，都可以實(shí)現監控。

6、數據傳輸速率高：GPRS網(wǎng)絡(luò )傳送速率理論上可達171.2Kbps，實(shí)際應用時(shí)數據傳輸速率在40 Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。

7、系統的傳輸容量大：監控中心站要和每一個(gè)管網(wǎng)監控點(diǎn)實(shí)現實(shí)時(shí)連接。由于監控點(diǎn)數量眾多，系統要求能滿(mǎn)足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS技術(shù)能很好地滿(mǎn)足傳輸突發(fā)性數據的需要。

8、通信費用低，可按時(shí)間和流量進(jìn)行收費。

9、系統易于擴展和維護。

三、系統組成 

（圖）油井遠程監控系統示意圖

GPRS油井遠程監控系統采用集散式監控結構主要由監控中心，GPRS DTU（GPRS數傳），油井數據采集終端三部分組成。

1、油井數據采集終端

油井數據終端可檢測抽油機的載荷，電潛泵井電機電流，功率因數，井口溫度，井口壓力，井底流量等數據。數據采集終端設備通過(guò)RS232/RS485/RS422串口把采集到的數據傳送給GPRS DTU。通過(guò)GPRS DTU接入移動(dòng)公司為油田中心站提供的專(zhuān)用的GPRS網(wǎng)絡(luò ),網(wǎng)絡(luò )對油田信息采集點(diǎn)的接入地點(diǎn)，時(shí)間，數量沒(méi)有限制可以隨時(shí)增減。可以滿(mǎn)足山區，偏遠地區和跨地區接入的需求。

采集終端主要功能：自動(dòng)監測，記錄采油設備上的電壓，電流，電度，溫度，壓力，流量，液位，界面，含水，示功圖，紅外報警等數據。采集數據的格式為模擬，數字和串行通信口。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、GPRS DTU介紹
DTU是指數據終端設備（Data Terminal unit),可以理解為下位GPRS發(fā)射終端，在進(jìn)行通信時(shí)，傳輸數據的鏈路兩端肯定存在DTU，在它的作用下對所傳信息進(jìn)行格式轉換和數據整理校驗。

GPRS通信網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)之一就是支持GPRS終端設備持續在線(xiàn)，因此GPRS DTU在設計上都支持持續在線(xiàn)功能，這就要求DTU包含了上電自動(dòng)撥號、采用心跳包保持持續在線(xiàn)（當長(cháng)時(shí)間沒(méi)有數據通信時(shí)，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將斷開(kāi)DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數據中心在連接被斷開(kāi)之前發(fā)送一個(gè)小數據包，以保持連接不被斷開(kāi)），支持斷線(xiàn)自動(dòng)重連，自動(dòng)重撥號等特點(diǎn)。

3、數據監控中心

本系統中網(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(zhuān)線(xiàn)接入方式連接，GPRS數據傳輸終端上電后，它會(huì )根據預先設定在其內部的IP地址來(lái)主動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )代理服務(wù)器，通過(guò)代理服務(wù)器和監控中心建立TCP/IP鏈路。監控中心主站本身維護接入的每個(gè)終端的IP地址和ID號，當主站要向某個(gè)監控終端提出數據請求時(shí)，它會(huì )根據IP地址和ID號來(lái)找到對應的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應后通過(guò)GRPS數據傳輸終端把數據發(fā)到網(wǎng)絡(luò )代理服務(wù)器端口，通過(guò)端口影射轉發(fā)到監控中心主站，即完成了一個(gè)應答式的通訊流程，當油田信息采集點(diǎn)數量增加，中心不用擴容即可滿(mǎn)足需求。

在數據監控中心監控室能迅速準確掌握油田管理局轄區內各種油井的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現隱患，遙控啟停抽油設備。可以采集存儲所有檢測數據，如采油設備上的電壓，溫度，壓力，流量，液位，界面，含水等參數。 同時(shí)也具有系統報警功能，系統綜述功能。

四、系統安全性

系統需要很高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來(lái)自系統內外的有意和無(wú)意的破壞，網(wǎng)絡(luò )安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪(fǎng)問(wèn)防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時(shí)不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心可通過(guò)公網(wǎng)使用VPN接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專(zhuān)線(xiàn)，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動(dòng)終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過(guò)VPN方式，客戶(hù)端在連接應用服務(wù)器前，要經(jīng)過(guò)Ｒａｄｉｕｓ服務(wù)器的認證整個(gè)數據傳送過(guò)程得到了加密保護，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，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專(zhuān)線(xiàn)接入到移動(dòng)公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高，穩定可靠。

對于安全性要求非常高的系統，可考慮在專(zhuān)用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統的安全性。

1、VPN虛擬專(zhuān)網(wǎng)模式：企業(yè)內部網(wǎng)絡(luò )中配置VPN服務(wù)器，移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶(hù)端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶(hù)通過(guò)接入企業(yè)內部虛擬專(zhuān)網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對 整個(gè)數據傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護，有效避免非法入侵。

2、利用SIM卡的號碼，對用戶(hù)SIM卡手機號碼進(jìn)行鑒別授權，在網(wǎng)絡(luò )側對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶(hù)可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)用APN，移動(dòng)終端與數據中心采用中國移動(dòng)分配的專(zhuān)門(mén)的APN進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入，普通手機的SIM卡號無(wú)法呼叫專(zhuān)門(mén)的APN。

3、對于特定用戶(hù)，可通過(guò)數據中心分配特定的用戶(hù)ID和密碼，其他沒(méi)有數據中心分配的用戶(hù)ID和密碼的用戶(hù)將無(wú)法登錄進(jìn)入系統，系統的安全性進(jìn)一步增強。

五、總結

該監控系統中，使用組態(tài)軟件和GPRS無(wú)線(xiàn)數傳終端，系統無(wú)線(xiàn)遙測遙控主機（RTU）將檢測到的單口采油井的現場(chǎng)狀態(tài)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳送給監控中心，從而實(shí)現各單井狀態(tài)的集中監控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發(fā)現和排除時(shí)間，極大的提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)系統的性?xún)r(jià)比特高。另外，本系統還非常適合輸油管漏油，盜油監測，在實(shí)際應用中，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

采用GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸數據通訊方法解決了遠程監測系統的通訊問(wèn)題，比起其它有線(xiàn)通訊方式有著(zhù)不可比擬的優(yōu)越性。隨著(zhù)GPRS網(wǎng)絡(luò )的逐漸完善和應用技術(shù)的不斷成熟，GPRS的應用領(lǐng)域也會(huì )越來(lái)越廣闊。