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解決方案solution

基于ZigBee技術的油田油井無線監控方案
前言
       我們知道油井是油田最小的生產單位,大大小小的油田是由這些成百上千,相距幾十米到幾百公里的油井組成。即時掌握油井的各種參數,了解油井的運行情況,對油田安全高效的生產至關重要。傳統的采用人工采集這些數據,效率低,不能準確及時,并對工作人員的安全構成極大威脅。
基于802.15.4/ZigBee技術的無線傳感器網絡的油井監測系統,采用大量傳感器無線組網傳輸的方式,完全擯棄了傳統的單一使用有線、數字電臺監控油井的方法。使設備費用投入大及運營成本高,維護難度大的問題得到徹底的解決。大大提高了系統的穩定性,施工方便,并實現油井井場內無線化。

項目分析
2.1 系統組成
2.1.1 終端數據采集器
      油井工作狀態傳感器主要有溫度傳感器,電壓傳感器,電機電流傳感器,被監控開關斷/合傳感器,載荷傳感器、角位移傳感器(或脈沖發生器)、監控器、電參量傳感器等,它們將油井的工作狀態變換成對應的電壓或電流值通過ZigBee技術通信模塊送至采油場監控中心。


油田配示圖
 
2.1.2 無線通訊設備
       由于油田的磕頭機本身結構設計相對嚴緊,如果采用有線來傳輸線數據的話,那將對磕頭機的正常工作帶影響,而布線麻煩。
鑒于采集器的接口和設備的工作環境等多種情況的要求,我們選擇廈門四信通訊有限公司的F8914 ZigBee無線終端和F8114帶GPRS的ZigBee無線終端。采用RS-232/485接口、金屬外殼設計,它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用,安裝方便。

2.1.3 監控中心
      采油場監控中心一般設置在礦部、隊部或其它監控調度部門,監控中心有兩種接入方式,第一種,直接網絡接入,網絡接入可以是專張、ADSL、光纖等多種方式;第二種,采用F8914 ZigBee無線終端接入。

2.2 系統總結構
       根據油井的分布規律系統采用ZigBee 技術和其他無線技術結合。由于油井一般是成群分布,單一油井和其他油井相距交遠的情況不多。在井場內部和井群內部由ZigBee 終端節點,路由節點,協調器節點組成一個無線網。整個系統的網絡總架構有兩種方式,第一種,中心監控端采用有線網絡接入,然后整個井群的數據經GPRS /GSM 傳回給監控中心,如下圖
油田zigbee 組網
 
       第二種,中心監控端通過ZigBee接入,終端通過ZigBee無線網傳送給ZigBee中心節點,再通過中心節點傳給數據中心和使用單位。在數據中心或使用單位經過對數據處理,對油井進行時時監測。如下圖:
 
油田組網zigbee

 
三、項目架構實施方案
3.1 ZigBee終端F8914與與采集終端連接
  F8914支持RS232/385通訊接口,可通過RS232/485與采集終端連接。如下圖:
采集器與zigbee鏈接

 
3.2 監控中心接入方式
3.2.1有線網絡接入
1)中心采用APN專線, 所有終端都采用內網固定IP,客戶中心通過一條APN專線接入移動公司GPRS網絡,在GGSN與移動公司互聯路由器之間建立GRE隧道。為客戶分配專用的APN,其他的用戶不得申請該APN。只有該專網內的SIM卡才能進入該APN,防止其他非法用戶的進入。用戶可以內部建立RADIUS服務器,以保證用戶內部安全。用戶在內部建立DHCP服務器(或在APN路由器內,啟用DHCP功能),為通過認證的用戶分配用戶內部地址。
此種方案無論實時性,安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高,適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下的最佳組網方式。
2)控制中心采用ADSL等INTELNET公網連接,采用公網動態IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名,IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器,再由DNS服務器找到中心公網動態IP,建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用,但穩定性受制于DNS服務器的穩定,所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。
3)控制中心采用ADSL等INTELNET公網連接,采用公網固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務,中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發起連接。運行可靠穩定,推薦此種方案。


3.2.2   ZigBee接入
    監控中心服務通過RS232線與中心節點設備連接。

油田監控組網圖
 
四、方案特點
1、802.15.4/ZigBee技術的無線網絡,免無線電申請許可;
2、支持星型,樹型,網型網絡等多種網絡拓撲結構,最大網絡連接能辦強,可支持65000個節點。
3、傳輸模塊采用工業級設計,金屬外殼,外接電源DC 12V/500mA;通信電流:<250mA (12V);工作環境溫度 -25~+65ºC;儲存溫度 -40~+85ºC;相對濕度 95%(無凝結);多重軟硬件看門狗設計,適用于油井野外工作。
     4、ZigBee終端空曠視距離環境無線通信距離800米。
     5、ZigBee通訊不需要任何費,為整個項目節省大量的費用支出
 6、設備配置操作簡單,易懂,所有模塊能夠完成自組網能力。
 7、集成化程度高,技術成熟,安裝方便。
 


五、方案總結
     在我國,油 井的數據采集基本上靠人工完成,無論盛夏酷暑還是冰雪旱天,采油工都必須到現場采集油井示功圖、平衡度、油套壓、油溫及產液量等井口生產數據,工人勞動強 度大,且數據的準確可靠性完全依賴于采油工人的工作責任心。應用油井遠程監控系統對于實現油井管理的自動化、提高工作效率、保證數據采集的準確性及加強現 場事故應急處理等都具有非常重要的意義。

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