面向PID輸油管線電路模擬信號控制優化

杜德銀 楊代強

重慶科創職業學院

面向PID輸油管線電路模擬信號控制優化

杜德銀 楊代強

重慶科創職業學院

在PID輸油網絡中，存在一些不可預知的情況，有時節點被添加進網絡中或是從網絡中被刪除掉，使網絡系統的運行遭到破壞。為了避免此類現象的發生，網絡必須具備動態的拓撲功能。PID輸油網絡的模擬信號平臺應具備兩個方面的功能：一是輸油電路信息的實時監控管理；二是系統的輔助決策驗證功能。輸油電路信息實時監控管理是系統的重點。在輸油電路模擬信號數據的基礎上進行相關數據的分析，可以總結模擬信號數據變化的規律，并以表格、曲線圖、餅狀圖、柱狀圖的形式將其直觀地展示在系統界面上供用戶查詢。

PID輸油網絡；電路；模擬信號；通信

在輸油管線的電路控制系統中，由于模擬信號控制器節點的分布情況與控制器節點之間的關系不能預先設定，為了能夠收集到節點的數據信息，模擬信號控制器節點應具備自動配置的功能。

PID輸油網絡與傳統無線網絡的中心控制通信模式不同，它不依賴于任何預先設定的網絡設施，有很強的獨立性，同時節點通過網絡協議和拓撲控制機制協調各自的行為。為了使組網靈活方便，輸油節點之間遵循ZigBee協議。

1 動態型網絡模擬信號設計

在PID輸油網絡中，存在一些不可預知的情況，有時節點被添加進網絡中或是從網絡中被刪除掉，使網絡系統的運行遭到破壞。為了避免此類現象的發生，網絡必須具備動態的拓撲功能。

（1）通信手段。在傳統的無線網絡中，每個節點都擁有標示自己唯一性的IP地址，其數據的轉發只依賴于目的節點的IP地址。但在PID輸油網絡中，它不需要知道數據是從什么節點傳送過來或是轉發到什么節點上去，它只關心數據本身。PID輸油網絡的應用領域較為特殊，經常部署在人煙荒蕪、環境復雜的區域。此外PID輸油節點具有體積小、工作時間長等特點，不方便給網絡節電的電力系統進行充電或者更換電池，一旦電能耗完，節點就失去作用。如何高效地使用這些電能完成用戶指定的檢測任務成為目前急需解決的問題。

（2）輸油電路多跳模式設計。由模擬信號節點到Sink節點的數據傳輸，需要經過多次其他模擬信號節點的轉發才能完成。網絡中節點間的通信距離一般在幾十米到幾百米范圍內。由于網絡中沒有路由輸油協議，只有相鄰的節點可以直接通信，存在部分模擬信號控制器節點不能直接與基站通信的情況，所以需要一些中間節點通過“多跳”的方式實施路由。而這些中間節點是由普通的網絡模擬信號控制器節點構成的，這樣每個節點既要完成自身信息的發送，也要完成對其他節點信息的轉發。由于節點在很多方面受限，例如體積空間、功耗、價格等因素，因此節點的存儲空間和處理能力等方面比一般計算機要弱。

2 輸油電路模擬信號關鍵技術

PID輸油網絡作為當今信息領域新的研究熱點，涉及多學科交叉的研究領域，其系統功能的實現主要依賴時間同步、路由、定位、無線通信等技術，因此應熟練掌握這些技術的應用方法。

（1）同步。為了使模擬信號控制器網絡的節點能夠相互協同工作，系統應具備時間同步機制。

（2）路由。在PID輸油網絡中，路由具有十分重要的意義。由于模擬信號控制器網絡中沒有路由輸油協議，只能通過節點“多跳”的方式進行路由，而且由于節點體積小，存儲空間有限等特點，必須對節點上設計的路由算法進行優化和精簡。當前已提出很多經典算法，其中包含NADV協議和SPIN協議。

3 電路模擬信號平臺功能優化

根據實際需求，PID輸油網絡的模擬信號平臺應具備兩個方面的功能：一是輸油電路信息的實時監控管理；二是系統的輔助決策驗證功能。其中輸油電路信息實時監控管理是系統的重點。

（1）輸油電路模擬信號實時功能優化。其主要功能有：①實時數據模擬信號功能。對一段區域模擬信號點的所有實時數據進行顯示，同時也提供部分信息的分類數據實時顯示。②Web GIS功能。提供一個直觀而又生動的用戶圖形界面，便于用戶查詢信息。為了能獲取模擬信號節點的位置信息和圖像信息，需要知道這些模擬信號控制器節點在什么地方，因此使用Web GIS地圖信息圖形化功能，在界面的電子地圖上顯示出模擬信號控制器中節點的相對位置，以實現輸油電路信息和地理空間信息的有機結合，方便檢測網絡及錯誤定位。

（2）模擬信號點信息管理功能優化。PID輸油網絡是一個動態的網絡，在PID輸油網絡中，存在一些不可預知的情況，導致節點被添加進網絡中或是從網絡中被刪除掉，這些都會使網絡的拓撲結構隨時發生變化，因此需要對模擬信號點進行一系列的操作，來適應這種變化的需求。過去通過手工方式現場采集數據已經無法滿足現代油田輸油電路模擬信號的需求，而GPRS具有很多其他數據采集方式無可比擬的特點（傳輸速率高、接入時間短等），因此應用GPRS無線通訊技術來遠程采集數據。輔助決策驗證系統就是將輸油電路區域內通過實時模擬信號獲得的信息數據，運用已經存儲在系統中的相應模型進行全面分析，形成模擬信號區域輸油電路狀況的分析結果。根據這些分析結果，產生輔助的決策驗證報告，為輸油電路模擬信號系統的性能評估提供可靠的依據。

（3）輸油電路無線通信協議棧優化。無線通信協議棧主要包括MAC協議和網絡層協議。在不同的協議棧層里，定義不同的接口與命令，且在不同的層次上實現不同的協議集。例如，MAC層包括802.11、802.15.4、S—MAC、B—MAC、Z—MAC等；路由協議則包括AODV、DSR、HSR、ZRP、DSDV、WRP等協議。用戶可以通過選擇不同的協議來進行功能的驗證。

4 結語

在輸油電路模擬信號數據的基礎上進行相關數據的分析，總結模擬信號數據變化的規律，并以表格、曲線圖、餅狀圖、柱狀圖的形式將其直觀地展示在系統界面上供用戶查詢；同時還可根據變化情況，自動生成輸油電路模擬信號指標的年報表、月報表和日報表等相關數據統計分析表，并可以實現對這些圖形和報表的打印功能。

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.044