油田無線通信技術應用分析

張 敏

中國石油長慶油田分公司通信處，陜西 西安 710201

1 無線Mesh網絡協議

油田的采油作業區、輸油管線、泵站和儲油罐等大都分布在野外，地域寬廣，上百平方公里以上，地表環境復雜。長期以來，巡視員或維修工的定期巡查是不可或缺的，但隨著油田現代化管理進程的不斷加快，迫切需要一種全天候的、24小時無人值守的監控方式，以保證采油井、輸油管和儲油罐不會因復雜的工作狀況、現場人員的違章操作、不法分子的蓄意破壞等造成不必要的損失。因此，部署一套無線視頻監控網絡和無線工況數據監控網絡是非常有必要的。在通常情況下，由于監控點分布在較廣闊的范圍內，并且與監控中心的距離較遠，利用傳統的有線連接方式，線路鋪設成本高昂，而且施工周期長，或者因為物理因素難以架設線纜，如遇到河流山脈等障礙時，傳統的有線方式都不能很好的完成網絡覆蓋。無線視頻監控解決方案可很好地解決上述問題。油田采用PowerMesh無線視頻監控解決方案，無需鋪設網絡電纜，可迅速方便地在各種需要的地方布署數字攝像設備，在需要數據監控的地點部署一套數據采集傳感器，建立全新的視頻監控系統和數據監控系統，具有很強的靈活性和可擴充性。采油作業區采用PowerMesh無線接入設備，將數十個監測點與中央控制中心連接起來。現場監控點安裝的攝像機所攝錄的實時、高清晰視頻圖像通過無線MESH網絡回傳到作業區的監控中心，同時也完成了遠程監控點的控制和設置。

2 生產無線實時監控e-SCADA系統

2.1 網絡協議單一、開放

系統建立在高速以太網的基礎上，支持單一的網絡TCP/IP 協議標準。實時監控采用簡單IPX協議構成局域網（LAN），與TCP/IP 協議完全兼容；系統本身又可接入Internet支持外部的TCP/IP撥號訪問，從而在更高層面上構成開放的網絡協議結構。

2.2 實時監控功能

1）實時采集各種監控數據（包括電力狀況參數、井口溫度、油壓、套壓、負荷、光桿位移；

2）分離器液位、壓力、溫度，集油管匯壓力、溫度等）；

3）實時測取示功圖、凡爾漏失圖、電流圖；

4）實時檢測和控制各種現場設備的運行狀態；

5）自動診斷和分析各類故障、越限、非法闖入、柜門警等并予以報警指示；

6）記錄各種事件的日志信息；

7）點檢有關設備如繼電器、接觸器等使用壽命并予警示。

2.3 數據庫管理功能

1）全漢化的人機界面；

2）實時監控數據的記錄/存儲/顯示；

3）歷史數據的瀏覽/回顧分析/保存/刷新；

4）統計圖表的顯示/打印；

5）趨勢曲線分析/顯示/打印；

6）計劃調度管理；

7）提供網上瀏覽訪問和文件下載等。

3.3 接入方式

1）SCDMA無線接入方式

SCDMA是同步碼分多址的無線接入技術，它采用智能天線、軟件無線電以及自主開發的SWAP+空中接口協議等先進技術，是一個全新的擁有完整自主知識產權的無線通信技術標準。 目前，油田通信已經構建了SCDMA無線通信網，已建基站450余座，覆蓋整個油田五千多平方公里。以SCDMA無線通信網為依托，可以實現對遍布在大慶油田的無人值守機采井、計量間進行自動檢測、數據采集和控制。

2）光纖接入方式

光纖接入作為搭建數據傳輸網絡的一種有線接入技術，它擁有容量大、傳輸頻帶寬（可以提供100M的寬帶接入）、信號損耗低、抗干擾能力強等優點，是油田數字化建設中傳輸技術的最佳選擇。光纖接入方式不但可以實現視、音頻信號的高質量傳輸；同時，還能保證采油礦各站點自動化采集數據的實時傳送；另外，也將為油田下一步辦公自動化建設提供寬闊的網絡空間。

4 傳感器網絡體系結構

傳感器能量的供應是采用電池，節點能量有限，考慮盡可能的延長整個傳感器網絡的生命周期，在設計傳感器節點時，保證能量供應的持續性是一個重要的設計原則。傳感器節點能量消耗的模塊主要是包括傳感器模塊、信息處理模塊和無線通訊模塊，而絕大部分的能量消耗是集中在無線通訊模塊上，約占整個傳感器節點能量消耗的80%。因此，目前提出的傳感器節點通訊路由協議主要是圍繞著減少能量消耗延長網絡生命周期而進行設計的。

在無線傳感器網絡中，路由協議不僅關心單個節點的能量消耗，更關心整個網能量的均衡消耗，這樣才能延長整個網絡的生存期。同時，無線傳感器網絡是以數據為中心的，這在路由協議中表現的最為突出，每個節點沒有必要采用全網統一的編址，選擇路徑可以不用根據節點的編址，更多的是根據感興趣的數據建立數據源到匯聚節點之間的轉發路徑。目前提出了很多類型的傳感器網絡路由協議，就是基于上述的目的。

5 SCADA系統與DCS系統的整合

通過油田局域網利用OPC（OLE for Process Control）技術把處理站DCS系統和SCADA系統進行集成和整合是目前采用的通常方式（圖）。

圖 OPC應用示意圖

6 油田的無線網絡建設

主要可分為接入層、傳輸層和應用層3部分：

1）接入層：采用中盛安泰的“集龍”系列無線WiFi-MESH無線路由器產品，對采油、鉆井等重點區域進行覆蓋，實現移動傳感器、視頻監控終端、移動PC、PDA等的接入。

2）傳輸層：采用中盛安泰的“集龍”系列無線WiFi-MESH無線路由器產品，建設網狀網結構的無線傳輸網絡，并通過無線網關或光纖接入模塊接入到油田的光纖骨干網。對于野外無法通過光纖接入油田專網的地方，可以采用衛星的方式。

3）應用層：對于有視頻監控需求的用戶，可以采用中盛安泰的VAjet大型網絡視頻監控管理系統，實現施工現場、鉆井作業、采油生產和管道運輸的遠程視頻監控，并可以實現數據、報警、定位信息的傳輸以及突發事件應急指揮聯動。

[1]張五貨.礦區采用點對多址無線通信系統組網方案[J].山西煤炭,1995,4.

[2]陳祥光,等.自動化盤庫系統在油田聯合站中的應用.石油化工自動化,2000,6.

[3]羅世偉,左濤.視頻監控系統原理及維護.電子工業出版社,2007.