嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸機(jī)制*

四川師范大學(xué)成都學(xué)院

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸機(jī)制*

楊 新 汪琳娜

四川師范大學(xué)成都學(xué)院

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三部分，包括監(jiān)控數(shù)字終端、平臺終端服務(wù)器以及移動數(shù)據(jù)監(jiān)測終端。其中監(jiān)控數(shù)字終端包括視頻數(shù)字信息采集模塊、油井動力傳輸模塊、油井運(yùn)行參數(shù)調(diào)整模塊及通信線路傳輸模塊等部分。通信線路傳輸模塊基于網(wǎng)絡(luò)傳輸最大流的最短路徑原理進(jìn)行信息傳輸。網(wǎng)絡(luò)最大流在傳輸結(jié)構(gòu)上要遵循傳輸報文機(jī)制，即為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的傳輸路徑尋找增廣鏈。當(dāng)前國內(nèi)部分油井使用嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了多種控制變量，通過對不同變量參數(shù)的調(diào)整，使終端系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確掌握油井系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)參數(shù)變化，確保油田監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

嵌入式；監(jiān)控系統(tǒng)；終端；數(shù)據(jù)傳輸；報文

1 嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三部分結(jié)構(gòu)，包括監(jiān)控數(shù)字終端、平臺終端服務(wù)器以及移動數(shù)據(jù)監(jiān)測終端。整個監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)都是以Web Service的組網(wǎng)模式進(jìn)行調(diào)整劃分，三種終端服務(wù)器都采用數(shù)字信號的傳輸原理，并且監(jiān)控數(shù)字終端與平臺終端服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)劃分結(jié)構(gòu)上采用內(nèi)聯(lián)局域網(wǎng)的形式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｆ脚_終端服務(wù)器與移動數(shù)據(jù)監(jiān)測終端采用C/S網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸速率快，并且穩(wěn)定性能高。

嵌入式監(jiān)控數(shù)字終端系統(tǒng)采用的是數(shù)字信號傳輸模式，包括信號的波形、周期、頻率等環(huán)節(jié)。發(fā)揮主要功能的平臺終端服務(wù)器負(fù)責(zé)傳輸設(shè)備與交換設(shè)備之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)信息的對接。在油井監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中，傳感裝置將檢測的數(shù)據(jù)信息傳輸至信源設(shè)備存儲單元，通過信源設(shè)備將信息傳送至傳輸設(shè)備，傳輸設(shè)備對采集的數(shù)據(jù)信息抽樣、量化、編碼，最后將數(shù)字信號傳輸至交換設(shè)備。交換設(shè)備中的解碼器對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行有序解碼，將最終傳輸?shù)臄?shù)字信息傳輸至移動監(jiān)測終端內(nèi)。

2 嵌入式監(jiān)控終端的功能

監(jiān)控數(shù)字終端包括視頻數(shù)字信息采集模塊、油井動力傳輸模塊、油井運(yùn)行參數(shù)調(diào)整模塊及通信線路傳輸模塊等部分。

其中，視頻數(shù)字信息采集模塊可將油井內(nèi)部的運(yùn)行情況反饋至終端服務(wù)器內(nèi)，在油井管道內(nèi)設(shè)定傳感器抓拍畫面的時間。

油井動力傳輸模塊可接收遠(yuǎn)端控制器的數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)數(shù)據(jù)信息的變化對油田電力傳輸設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)油田終端處理系統(tǒng)接收到遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息時，終端處理器便會自動檢索內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息。

油井運(yùn)行參數(shù)調(diào)整模塊的功能是將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸至終端服務(wù)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)實(shí)時對油井內(nèi)部的運(yùn)行情況進(jìn)行查收的功能。運(yùn)行參數(shù)包括對油井管道內(nèi)液體的流速、溫度、雜質(zhì)成分以及稀有氣體的測定數(shù)據(jù)，其中對管道內(nèi)液體流速的測定是根據(jù)液體對傳感器造成波動次數(shù)的數(shù)據(jù)來處理分析的。

通信線路傳輸模塊基于網(wǎng)絡(luò)傳輸最大流的最短路徑原理進(jìn)行信息傳輸。網(wǎng)絡(luò)最大流在傳輸結(jié)構(gòu)上要遵循傳輸報文機(jī)制，即為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的傳輸路徑尋找增廣鏈。通常網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)逆溌酚卸鄺l，當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)信息的接收點(diǎn)有n個時，則增廣鏈的條數(shù)約有n-1/2條。其次便是設(shè)定最短路徑，保證正向鏈路為非飽和邊，反向鏈路為非零流邊，這樣才能保證傳輸?shù)耐ㄐ啪€路最短，進(jìn)而使數(shù)據(jù)信息傳輸更為穩(wěn)定。

3 數(shù)據(jù)信息傳輸機(jī)制

3.1 超時報文

油田數(shù)據(jù)信息中的IP頭部包含有20個字節(jié)，其超時報文的類型結(jié)構(gòu)如圖1所示。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，傳輸代碼轉(zhuǎn)換為11類型結(jié)構(gòu)，在代碼傳輸字段上以0和1數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并將校驗(yàn)碼區(qū)域內(nèi)的有效字段縮短。油井終端設(shè)備在組裝段結(jié)構(gòu)中即使沒有添加數(shù)據(jù)，也會丟掉源數(shù)據(jù)，因此終端系統(tǒng)會根據(jù)實(shí)際傳輸情況反饋數(shù)據(jù)超時報文，同時在代碼發(fā)送類型上也有一定的區(qū)別。其中0為由信令代碼中的網(wǎng)關(guān)在傳輸鏈路中發(fā)送，1為由油井終端處理器在傳輸鏈路上進(jìn)行發(fā)送，兩者在傳輸鏈路處理方式上也存在一定區(qū)別。

圖1 超時報文的類型結(jié)構(gòu)

3.2 目標(biāo)不可達(dá)報文

目的不可達(dá)報文在油田通信網(wǎng)傳輸協(xié)議中返回類型為第三種模式，這種模式的IP頭部包含的字節(jié)數(shù)也為20字節(jié)，但對于代碼值和傳輸報文的返回值在界定范圍上劃分了不同的種類。基于這種類型的劃分在結(jié)構(gòu)上更加明確，其中0代表的是油井終端網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行傳輸機(jī)制不可達(dá)，1代表的是油井終端處理器運(yùn)行傳輸系統(tǒng)不可達(dá)，2代表的是油田通信傳輸協(xié)議不適合實(shí)際需要，3代表油井終端處理系統(tǒng)和設(shè)備之間的端口不匹配，4代表是的在油田檢錯系統(tǒng)和控制鏈路上需要進(jìn)行斷的劃分和傳輸機(jī)制DF的配備，5代表的是油田數(shù)據(jù)信息在發(fā)送鏈路中源路由發(fā)送信息未到達(dá)。

3.3 傳輸機(jī)制的應(yīng)用

傳輸報文和目的不可達(dá)報文傳輸機(jī)制在信息傳輸鏈路中能夠確保傳輸數(shù)據(jù)信息的可靠性。若沒有傳輸報文機(jī)制，嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)信息在傳輸鏈路中傳輸時會因沒有固定的順序結(jié)構(gòu)，進(jìn)而造成通信的傳輸信道堵塞。其中超時報文傳輸機(jī)制能夠?qū)鬏數(shù)男畔⒛K進(jìn)行四個層面的劃分，這樣根據(jù)不同的IP報頭可將不同線路的數(shù)據(jù)信息傳輸至終端處理器上。在不可達(dá)傳輸報文機(jī)制中，可將監(jiān)控設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息劃分為4個層面，監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息在通信線路傳輸過程中，會由于傳輸?shù)呐渲媒涌谂c接收端的配置接口不吻合而自動尋找其他終端設(shè)備的接口。總之，這種模式的劃分能夠保證接收端準(zhǔn)確掌握油井監(jiān)控系統(tǒng)的變量參數(shù)。

4 結(jié)語

當(dāng)前國內(nèi)部分油井使用嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了多種控制變量，通過對不同變量參數(shù)的調(diào)整，使終端系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確掌握油井系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)參數(shù)變化，確保油田監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，值得在未來推廣應(yīng)用。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.043