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GPRS 油井监测系统
 发布时间:2012年09月26日    来源:    查看次数:1847文章文字大小: | |

GPRS 油井监测系统
一、项目背景
油田是一个以油气生产为主,集勘探、开发、施工作业、后勤辅助生产、多
种经营、社会化服务为一体的,专业门类齐全的国有特大型企业。油田的勘探、
钻井、测井、录井等是野外作业,流动性强,点多、分散、距离长,施工现场与
公司之间的信息交流长期以来没有好的解决方案。油田管理层十分重视油田信息
化建设,明确提出了未来一个时期油田信息化建设的具体目标。
借助“油井数据监控系统”,管理人员足不出户就可以通过该系统随时观测到
油井的生产状况。油井工作的相关数据每隔两小时传输一次,机井一旦出现故障,
示意图就会标示感叹号,维护人员就能够在最短的时间内赶到现场,及时排除故
障。以前,采油测试工要到每个现场进行测试,费时费力不说,对每口井的工作
状态也很难把握,有时一口井发生故障,往往许多天后才发现。
油田工作环境恶劣,雷击、地震及人为破坏等时有发生,怎样把油井运行的
相关数据传送到中心控制室一直是个难题。以前,油田曾采用微波、数传电台的
方式采集数据,但实际使用过程中,效果不理想,高成本的投入和频繁的维护让
采油单位不堪重负。引入了GPRS 钻井数据上报系统之后,通过固定在机架上的
传感器,管理人员可以及时了解各个机井的工作压力、采油时电压、蒸汽温度等
数据,从而确保了油井的安全运转。
油田还可依托GPRS/GSM 网络,实现了抄表自动化、精确化。用电控制中心对
油厂用电的运行状态可以通过电子显示屏进行监控,每个控制点将用电状态以短
信息的形式及时传送到控制中心,这样就可以自动、高效、及时地掌握油田用电
情况,自动生成配电计划,实行科学的电力营销和管理。这套装置克服了以前人
工抄表准确率低、费时费力、缺少集中有效的管理的弊端,解决了生产的后顾之
忧。
二、GPRS 方案优点
中国移动GPRS 系统可提供广域的无线IP 连接。在移动通信公司的GPRS 业务平
台上构建油井数据采集传输系统,实现油井数据的无线数据传输具有可充分利用
现有网络,缩短建设周期,降低建设成本的优点,而且设备安装方便、维护简单。
经过比较分析,我们选择中国移动的GPRS 系统作为环保信息采集传输系统的数
据通信平台。
GPRS 油井数据监控系统具备如下特点:
1、可靠性高:
与SMS 短信息方式相比,GPRS DTU 采用面向连接的TCP 协议通信,避免了数据
包丢失的现象,保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输,
互不干扰。GPRS 网络本身具备完善的频分复用机制,并具备极强的抗干扰性能,
完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。
2、实时性强:
GPRS 具有实时在线的特性,数据传输时延小,并支持多点同时传输,因此GPRS
监测数据中心可以多个监测点之间快速,实时地进行双向通信,很好地满足系统
对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS 实际数据传输速率在30Kbps 左右,
完全能满足系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。
3、监控范围广:
GPRS 网络已经实现全国范围内覆盖,并且扩容无限制,接入地点无限制,能满
足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于环保信息采集点数量众多,分布在全省
范围内,部分环保信息采集点位于偏僻地区,而且地理位置分散。因此采用GPRS
网络是其理想的选择。
4、系统建设成本低:
由于采用GPRS 公网平台,无需建设网络,只需安装设备就即可,建设成本低;
也免去了网络维护费用。
5、系统运营成本低:
采用GPRS 公网通信,全国范围内均按统一费率计费,省去昂贵的漫游费用, GPRS
网络可按数据实际通信流量计费,(1分-3分/1K 字节),也可以按包月不限流量
收费,从而实现了系统的低成本通信。
6、可对各监测点仪器设备进行控制:
通过GPRS 数据监控中心,可实现对现场设备的远程控制,例如:远程开关控制,
远程复位控制,远程状态查询,远程参数配置,远程固件升级等。
7、系统的传输容量,扩容性能好:
油井监控中心要和每一个油井数据采集点实现实时连接。由于油井数据采集点数
量众多,系统要求能满足突发性数据传输的需要,而GPRS 技术能很好地满足传
输突发性数据的需要;由于系统采用成熟的TCP/IP 通信架构,具备良好的扩展
性能,一个监控中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。
8、GPRS 传输功耗小,适合野外供电环境:
虽然与远在千里的数据中心进行双向通信,GPRS 数传设备在工作时却只需与附
近的移动基站通信即可,其整体功耗与一台普通GSM 手机相当, 平均功耗仅为
200毫瓦左右,比传统数传电台小得多。因此GPRS 传输方式非常适合在野外使用
太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。
三、解决方案介绍
由于GPRS 通信是基于IP 地址的数据分组通信网络,因此监测中心计算机需
要一个固定的IP 地址或固定的域名,各个数据采集点采用GPRS 模块通过IP 地
址或域名来访问该主机,从而进行数据通信。
(一)系统结构
1、油田信息采集点:
油田信息采集点通过油井控制器自动采集油井信息,通过RS232或RS485接口与
GPRS DTU 终端相连,油井控制器采集到的数据通过GPRS DTU 终端的内置嵌入式
处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS 无线网络。
2、油田中心站:
a)公网接入方案
服务器采用公网方式接入Internet,如ADSL 拨号/电信专线宽带上网等,申请
公网固定IP 地址;可以实现中小容量的数据采集应用。
b)专网接入方案
服务器采用省移动通信公司提供的DDN 专线, 申请配置固定IP 地址,与GPRS
网络相连。由于DDN 专线可提供较高的带宽,当油田信息采集点数量增加,中心
不用扩容即可满足需求,可实现大容量数据采集应用。
监控中心RADIUS 服务器接受到GPRS 网络传来的数据后先进行AAA 认证,后
传送到监控中心计算机主机,通过系统软件对数据进行还原显示,并进行数据处
理,这样进一步增强了系统数据通信安全性能。
3、GPRS/GSM 移动数据传输网络:
油田信息采集点的数据经GPRS/GSM 网络空中接口功能模块同时对数据进行解码
处理,转换成在公网数据传送的格式,通过中国移动的GPRS 无线数据网络进行
传输,最终传送到监控中心IP 地址。
(二)系统方案
各采集点使用GPRS 透明数据传输终端,通过移动GPRS 网络与监控中心相连。
各采集点使用移动通信公司的GPRS 普通数据卡或APN 专用数据卡,同时监控中
心对各点GPRS 终端编号进行登记, 并与采集点信息进行关联,以便识别和维护
处理。油田信息中心运行监控软件,实时采集油田数据。
经授权的信息采集点均可以使用本系统:
1、油田信息采集点必须使用移动统一的APN 卡,用户使用本卡只能用于与油田
信息监孔中心通信。
2、终端设备使用成都众山科技有限公司提供的GPRS 移动数据通信终端。
3、用户登记:符合油田管理部门的规定。
(三)产品特性
系统采用GFSPC03-G GPRS DTU 无线透明数据传输终端。产品基于中国移动的
GPRS 网络,具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点,提供标准RS232/RS485
接口, 可直接与PC、单片机系统、RTU 测控终端、PLC、GPS 接收机、数据集中
器等连接,具有远程诊断、测试、监管功能,满足各行业调度或控制中心与众多
远端站点之间的数据采集和控制。
1、内置TCP/IP 协议栈,针对GPRS 网络优化
2、提供GPRS 无线数据双向传输功能
3、提供RS232/RS485 接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+标准
5、支持自动心跳,保持永久在线
6、透明数据传输:为用户的数据设备提供双向100K 大容量数据缓冲区,支持大
数据包传输
7、自动拨号连接:DTU 上电自动拨号上网、连接网络,支持用户端发起命令连
接或远程唤醒连接
8、提供短信通道,内置Unicode 国际编码转换表
9、支持远程短信/电话唤醒
10、实时监测网络连接情况,掉线自动重拨功能
11、支持中心为固定IP 或动态域名
12、心跳报告时间间隔用户可设定
13、支持点对点、点对多点、多点对多点对等数据传输
14、支持APN 数据专网业务
15、安装灵活、使用方便、可靠
16、支持多数据中心,自动切换
17、适应低温和高温工作环境
18、EMC 抗干扰设计,适合电磁恶劣环境应用
19、复合式看门狗技术,永不当机
20、整机低功耗技术,在线待机电流<20mA
(四)系统功能
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
(五)安全措施
本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的
有意和无意的破环,网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访
问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24 小时不间断运行,即使
出现硬件和软件故障,系统也不能中断运行。
数据中心可通过公网接入,或者到移动专网接入,采用公网接入方式成本比较低,
企业不用租用专线,而使用数据专线接入时,GPRS 数据传输设备要经过Radius
服务器的认证, 整个数据传送过程得到了加密保护,安全性比较高,可充分保障
速度和网络服务质量。
1、APN 数据专网模式:企业内部网络中配置APN 服务器,移动终端使用APN 数
据专网,由于采用数据专网,服务器与公网Internet 隔离,可以有效避免非法入
侵。
2、用SIM 卡的唯一性,对用户SIM 卡手机号码进行鉴别授权,在网络侧对SIM
卡号和APN 进行绑定,划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM
卡手机号才能访问专用APN,移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的
APN 进行无线网络接入,普通手机的SIM 卡号无法呼叫专门的APN。
3、可以为每个GPRS 数据传设备单独配置DTU ID 号和密码,通过数据中心在其
登陆时进行应用层认证,其他没有数据中心分配的DTU ID 号和密码的GPRS 的设
备将无法登录进入系统,系统的安全性进一步增强。
4、数据加密:可对整个数据传送过程进行加密保护。
5、网络接入安全鉴定机制:采用防火墙软件,设置网络鉴权和安全防范功能,
保障系统安全。
四、结论
数据中心采用有线方式,租用静态IP 目前费用约800~1500 元/月。采集点采用
GPRS 无线方式,流量费用目前有包月制和按数据量两种收费方式,按流量计算
0.01 元-0.03 元/KB,而包月制20 元/月有1024KB 流量,可满足目前数据采集系
统的实际数据量,估计日后其费用会逐步降低。
该监控系统中,使用组态软件和GPRS 无线数传终端,系统无线遥测遥控主机
(RTU)将检测到的单口采油井的现场状态,通过无线方式传送给监控中心,从
而实现各单井状态的集中监控,减少人员投入,有力的缩短油井故障发现和排除
时间,极大的提高了生产效率,同时系统的性价比特高。另外,本系统还非常适
合输油管漏油,盗油监测,在多家采油场中使用,取得了较好的经济效益和社会
效益

上海詹佛斯信息科技有限公司
电话:021-22819590;54136591;54136592
网址:www.sh-gfs.cn
公司地址:上海市闵行区景联路439号3#楼207室

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