無線數傳技術的研究與應用

陳曉春　王羿　何光偉　張兵　文坤明

摘要：隨著蘇里格氣田的高速發展，無線傳輸技術在蘇里格氣田開始廣泛應用。文章針對單井數傳系統的供電饋電問題和單井數據進集氣站傳輸緩慢等情況，提出單井風光互補供電系統和單井新式RTU實驗通訊技術，對這幾種應用最為廣泛的技術在蘇里格氣田的應用進行了研究與探討。

關鍵詞：第三采氣廠；無線數傳技術；數傳電臺；風光互補；RTU 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN919 文章編號：1009-2374（2015）05-0051-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0358

1 無線數傳技術簡介

1.1 無線數傳技術的概念

無線數傳也就是我們通常說的無線數據傳輸，又可稱為無線數傳終端、無線數傳模塊。它可以用現在我們都知道的GPRS、CDMA這樣的通信網絡來進行，也可以用專門的無線數傳模塊來操作，比如微波、WiFi等。

無線數傳是以無線網絡為通信平臺，提供標準的RS-232/485/TTL接口，按照工業標準設計，可直接與RTU、PLC、智能儀表、單片機控制器、視頻攝像機等各種工業現場的下位機設備連接。

1.2 無線數傳技術的優點

（1）無線數傳為用戶提供高速，穩定可靠，數據終端永遠在線，多種協議轉換的虛擬專用網絡；（2）產品支持語音、視頻、數據觸發上線以及超時自動斷線的功能，同時也支持雙數據中心備份以及多數據中心同步接收數據等功能；（3）有效降低地面建設成本，相比于傳統的光纜輻射，降低了地面工程投資及因征地而產生的各類外協問題。

2 應用中的數傳技術

在蘇里格氣田采氣廠建成初期，面對著蘇里格地區面積大井區范圍較廣的情況，結合當時的實際情況，采用了數傳電臺和無線網橋這兩種技術將單井數據傳輸至集氣站，再由輻射至各個集氣站的地面光纜將穩定可靠的數據傳至蘇里格氣田指揮中心以供生產決策使用。

2.1 數傳電臺

2.1.1 數傳電臺簡介。數傳電臺是指借助DSP技術和無線電技術實現的高性能專業數據傳輸電臺。

數傳電臺的使用從最早的按鍵電碼、電報、模擬電臺加無線MODEM，發展到目前的數字電臺和DSP、軟件無線電；傳輸信號也從代碼、低速數據到高速數據，可以傳輸包括遙控遙測數據、數字化語音、動態圖像等

業務。

2.1.2 數傳電臺使用現狀。（1）在建成初期，受當時技術的限制，僅有數傳電臺技術較為成熟。因此，在集氣站大面積使用了數傳電臺技術，起到了將井口數據傳回蘇里格氣田指揮中心以供決策使用的作用；（2）然而數傳電臺作為一種早期無線傳輸技術，無法適應蘇里格氣田數字化發展的步伐，它不能傳送連續的視頻數據，并且數傳電臺的傳輸穩定性也不夠；（3）數傳電臺的信號很容易收到外界的干擾，從蘇里格氣田指揮中心下達指令時，它的響應時間較長、數據延遲很大，無法滿足氣田日益增長的生產需求。

2.2 風光互補供電系統

蘇里格氣田最早井場使用太陽能板發電，在夏秋季光照時間充足的時間能滿足單井數據遠傳系統的需求，但是在春季，尤其是冬季晝短夜長或連陰時間長的時候，單井數據遠傳系統經常性饋電，無法正常運行。

2.2.1 單井供電系統改造。井場供電部分加裝風光互補供電部分，根據現場設備功耗統計，整體設備功耗在15W左右，井口設備24小時不間斷工作，根據烏審旗氣象資料和近幾年的經驗，按照連續5天陰雨天的條件，風光互補供電系統的配置包括太陽能電池板60W一塊，300W磁懸浮風力發電機一臺，蓄電池65AH一塊，風光互補控制器一臺。采用新的供電方式可以用最短的時間將蓄電池充滿，即使連續天陰，只要有風機也可以給蓄電池充電。

2.2.2 光電池板的選用計算。負載參數：負載功率15W，負載每天工作時間：24小時，蓄電池工作電壓：12V；日照參數：當地的日照時數：5.57，所在城市：鄂爾多斯；蓄電池參數：要求持續連陰天數：5天，放電深度為：70%；要求狀態：當天耗電量：30AH，光電功率：360W蓄電池容量：65AH，蓄電池1天可以被充滿，實際電量可以持續5天。

2.3 風光互補系統

2.3.1 風機控制器。（1）智能化、模塊化設計、結構簡單，功能強大，性能穩定，產品可靠。（2）PWM充電方式，限壓限流充電模式，可精確設定風機停機轉速。（3）可選風機升壓充電模塊，該模塊輸入阻抗和開始充電電壓均可調，以適應不同風機的充電特性。（4）兩路直流輸出，每路均有七種負載輸出控制方式可供選擇：常開；常關；常半功率；光控開、光控關；光控開、時控關；光控開、時控半功率、光控關；光控開、時控半功率、時控關。（5）可選RS232、RS485進行遠程監控，VS防雷保護。（6）采用了為風光互補路燈專業設計的LCD液晶；LCD以直觀的數字和圖形形式顯示全部系統狀態和系統參數；完善的保護功能。

2.3.2 風力發電機。（1）微風啟動；（2）風葉采用尼龍材料磨具成型，重量小于160g；（3）風機頭的整體重量大約10kg；（4）結構簡單可靠，安裝

方便。

4 單井數據采集新型RTU

4.1 通訊原理

由于目前井口的數據通過無線方式傳入站內后都進入了BB控制器，因此井口的數據采集方式也發生了變化，加入了新式的RTU。井口所有的壓變、截斷閥、流量計等信號線都接到RTU上，由RTU給井口這些設備下發采集指令，然后將返回的數據先存貯在RTU內的寄存器中，寄存器內的數據會隨RTU的采集周期不停的更新。井口的RTU會等待站內BB控制器所下發的采集數據指令，然后通過無線方式將RTU內所存貯的數據發給站內BB控制器。

4.2 新型RTU優點及說明

4.2.1 使用優點。因為不同的單井上，所安裝的壓變、截斷閥、流量計等設備的廠家和型號都有所不同，他們的數據采集方式和采集指令都有所不同，使用新的RTU可以解決這一問題。這些采集指令、采集周期等可以寫入RTU內，并且隨著井口設備的變化而隨時

更改。

4.2.2 井口新型RTU。該新型RTU使用最大頻率72MHz的ARM工業級CPU，外擴32M SDRAM和4M FLASH，嵌入式操作系統，1M用戶程序存儲區和100K用戶數據存儲區。16路AI，16位A/D，可選輸入0～5V或0～20mA，8路AO，16位D/A，可輸出0～10V電壓或0～20mA電流，提供一個10M/100M以太網接口，支持MODBUS/TCP協議，支持IEC870-5-104協議，2個RS232/RS485接口，支持MODBUS協議，AC 90～264V供電，最大功率小于12W對外提供1路直流24V電源，最大功率5W，工作環境工作溫度-40℃～85℃，濕度：5%～95%，IP20防護。單臺模塊即可靈活應用于各種小型工業自動控制場合。

5 結語

（1）使用風光互補發電系統后解決了原太陽能板在冬季晝短夜長和連陰時間長時，單井數據遠傳系統經常性饋電，無法正常運行的問題。一年四季均可為氣田的正常化生產服務；（2）對于耗電量較大的無線網橋，同時加裝100W風力發電機1臺，以充分利用當地風能，解決光照不足條件下的系統供電問題。

參考文獻

[1] 方彥軍.數傳電臺與MCGS工控組態軟件通信研究

[J].電力自動化設備，2005，（6）.

[2] 董占強.無線信道遠程網橋的設計[J].無線電通信技術，2009，（4）.

作者簡介：陳曉春，男，陜西咸陽人，供職于長慶油田分公司第三采氣廠，研究方向：采氣廠的網絡、信息系統維護，現場數字化系統建設等。

（責任編輯：秦遜玉）