無線通訊控制器在數字化油田中的應用

萬軍 呂值敏 重慶科創職業學院

無線通訊控制器在數字化油田中的應用

萬軍 呂值敏 重慶科創職業學院

無線通訊控制器是指在數據通訊領域中，以無線手段完成數據發送、傳輸、接收的通訊控制儀器。無線通訊控制器與較常見的RS232—RS485、RS232—USB等接口轉換控制器不同，它可以控制無線通訊的速率、協議、傳輸順序，尋找無線通訊過程中的差錯，且可中斷或接入數據。該控制器成本低、安裝便捷、維護方便、可批量應用，具有傳統通訊控制器無法比擬的高安全性和廣泛的適用性等特點，配備多種設備接口，可將多種網絡形式互聯相通。無線通訊控制器在數字化油田建設中被廣泛應用，并取得較好效果，節約了生產作業成本，簡化了作業流程。

無線通訊；協議；數字化油田；數據采集

1 數據監控技術現狀

目前我國各大油田開發不斷深入，遇到的困難越來越多，越來越復雜。傳統的油田開發手段逐漸難以滿足油田作業的需要，數字化、信息化、精細化成為油田工作開展的方向。

油田現場儀表所處環境惡劣、通信線路布置難度大、重新開發新系統代價高，這些因素制約了新技術在油田施工現場的應用。采用各種通訊手段對油田施工作業進行遠程監測，是數字化油田建設中的重要一環。隨著數字化油田建設的不斷深入，對油田施工現場監測提出了更高的要求，例如整合早期建設的現場數據監測系統到數字化油田綜合管理平臺等。

早期建設的數據監測系統設備較老，大多只能在現場儀表上顯示生產數據參數，靠工作人員人工讀取、記錄，而不能實時將其傳回管理平臺進行整合[1]。同時，我國部分油田尤其是西部油田各個區塊距離較遠，油氣井分布范圍較廣，在數字化油田建設中仍有很多偏遠區塊井無法納入自動化監控網絡，無法實現油田生產的遠程監控。另外，在井口數字化這一油田數字化最基層、最關鍵的工作中，抽油機、螺桿泵、電潛泵等設備的數據采集和傳輸工作受到作業環境和地理環境的限制，傳統的數據監測傳輸手段難以滿足油田數字化建設的需求。基于以上情況，采用無線通訊控制器來緩解目前油田數字化建設中遇到的數據采集、傳輸、接收等問題。

2 無線通訊控制器

2.1 工作方式

無線通訊控制器是指在數據通訊領域中，以無線手段完成數據發送、傳輸、接收的通訊控制儀器。無線通訊控制器與較常見的RS232—RS485、RS232—USB等接口轉換控制器不同，它可以控制無線通訊的速率、協議、傳輸順序，尋找無線通訊過程中的差錯，且可中斷或接入數據。另外，無線通訊控制器內嵌豐富公式，具備多種數據接口，可滿足工程現場通信協議的轉換以及與各種施工設備的對接。

無線通訊控制器工作方式如下：

（1）無線通訊控制器可依據油田施工現場已有的監控設備接口和通訊協議，與現場設備進行對接，完成數據通訊或數據采集。

（2）鑒于數字化油田遠程監測的需求，無線通訊控制器對獲取的現場數據進行整合，為數據傳輸做準備。

（3）根據遠程管理平臺對數據傳輸的速率、順序、協議需求，無線通訊控制器對數據傳輸參數進行設定，對數據傳輸協議進行轉換，向綜合管理終端傳輸數據。

（4）根據綜合管理平臺的需求，設定信息接收格式，接收綜合管理平臺對現場數據分析處理后發出的作業指令。

2.2 性能特點

無線通訊控制器具有以下特點：①獨立于其他設備運行，具有簡單的人機操作界面；②監測數據儲存在本地儲存空間，接收到調取指令可及時發送數據；③通訊協議可采用自定義形式；④抗干擾能力強，可適應復雜作業環境；⑤適應性、容錯性強，便于配置管理[2]。

2.3 通信協議

2.3.1 802.11協議

IEEE最初制定的無線局域網標準協議是802.11協議，802.11在應用2400MHz頻段進行通信，因其采用了擴頻技術，使通信具有較強的抵抗外界干擾能力和較強的保密性能。最初的802.11只是應用于辦公室局域網的無線接入，功能主要是數據的存取，通信速率較低，只有2Mbps。

隨著人們對無線局域網傳輸速率和傳輸距離要求的不斷提高，IEEE相繼推出了目前市面上常見的802.11a、802.11b、802.11g新準則。新的802.11b在物理層開始支持5.5Mbps和11Mbps的高速率，采用CCK調制技術，可以根據環境變化調節傳輸速率，使其可以在11、5.5、2和1Mbps之間自由轉換，并在2Mbps以下與802.11互通。802.11a應用5kMHz頻段，使通信速率達到54Mbps，802.11g沿用2400MHz頻段，但通信速率也達到了54Mbps。

2.3.2 Modbus協議

20世紀70年代末Modicon公司開發了Modbus協議，其成為了世界第一個運用于工業施工現場的總線協議。截至目前，已經發展成為可以綜合運用Modbus串行鏈路、Modbus+、ModbusTCP三種通信方式的基礎通信協議。Modbus是一種電子控制器通用語言，它可將控制器、網絡等與其他設備連接起來，使相關設備之間實現通信。Modbus通訊可以通過多種通訊傳輸介質實現，如光纖、紅外、藍牙等，同時可以完成不同網絡之間的互聯通信，將Intranet、Extranet、Internet聯系起來，大大拓展通訊空間。目前，我國標委會已將Modbus協議認定為國家工業自動化行業規范，被廣泛應用于我國工業現代化建設實踐中，其優勢如下：

（1）用戶可免費使用該協議，世界各大通訊廠商生產的儀器、設備均支持Modbus通信協議。

（2）Modbus支持多種通訊數據接口，如RS232、RJ45、RS485等，使其具有較強的適應性，應用方便。

（3）Modbus支持多種物理傳輸介質，可在有線電纜、光纖上傳送，也可通過紅外、藍牙、衛星等傳送數據。

（4）幀格式簡單高效，結構緊湊。

（5）Modbus安全性強，可使數據安全、穩定地傳輸到目的設備。

3 在數字化油田應用

為解決數字化油田建設中數據采集傳送矛盾，采用了無線通訊控制器，其在某油田實際應用中表現突出。

（1）成本低。油田數字化建設中，傳統的數據采集傳輸設備通常采用模擬儀表和有線傳輸方式，在施工建設中，需要根據建設要求在井場挖溝、鋪設通訊線纜，安裝線纜防護裝置等，人力、物力消耗巨大，成本較高。而使用無線通訊控制器，省去了線路施工這一環節，只需在現場設備上安裝無線通訊設備，通過參數調試設定，設備即可立即投入使用，將油田數字化建設成本降到最低[3-4]。

（2）施工便捷。無線通訊網絡建設不需要進行井場挖溝、線纜鋪設，對井場其他作業無影響。一般無線通訊控制器只需要找好安裝位置即可在幾分鐘內完成安裝和調試，大大節約了施工時間；同時，無線通訊控制器的安裝不需要油田現場停電、停工等，提高了油田的生產效率。

（3）維護方便。任何設備的健康運行都離不開定期的維護。相比傳統的通訊方式，無線通訊方式不再需要擔心通訊線纜被其他施工工作損壞，后期維護只需要定點檢查各個通訊控制器是否正常運行，降低了維護工作強度。

（4）批量應用。無線通訊控制器適合大規模應用，可以較少的人力物力在短期內實現大范圍的數據通訊。

4 結語

無線通訊控制器具有傳統通訊控制器無法比擬的高安全性和廣泛的適用性等特點，配備多種設備接口，可將多種網絡形式互聯相通。無線通訊控制器在數字化油田建設中被廣泛應用，并取得較好效果，節約了生產作業成本，簡化了作業流程。

[1]田麗欣，魏洪峰，張詩悅．SCDMA無線傳輸技術在數字化油田中的應用[J]．油氣田地面工程，2007，26（7）：48-49．

[2]宋尊鋒．無線網狀網技術在數字化油田中的應用[J]．油氣田地面工程，2008，27（10）：59．

[3]田軍慶，高輝．淺談“數字油田”的建立[J]．油氣田地面工程，2002，21（4)）：133-134．

[4]張慧敏，王洪濤．串行通信控制器的設計與應用[J]．吉林工程技術師范學院學報，2009（10）：70-77.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.022