萬(wàn)軍 呂值敏 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

無(wú)線通訊控制器在數(shù)字化油田中的應(yīng)用

萬(wàn)軍 呂值敏 重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

無(wú)線通訊控制器是指在數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域中，以無(wú)線手段完成數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸、接收的通訊控制儀器。無(wú)線通訊控制器與較常見(jiàn)的RS232—RS485、RS232—USB等接口轉(zhuǎn)換控制器不同，它可以控制無(wú)線通訊的速率、協(xié)議、傳輸順序，尋找無(wú)線通訊過(guò)程中的差錯(cuò)，且可中斷或接入數(shù)據(jù)。該控制器成本低、安裝便捷、維護(hù)方便、可批量應(yīng)用，具有傳統(tǒng)通訊控制器無(wú)法比擬的高安全性和廣泛的適用性等特點(diǎn)，配備多種設(shè)備接口，可將多種網(wǎng)絡(luò)形式互聯(lián)相通。無(wú)線通訊控制器在數(shù)字化油田建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，并取得較好效果，節(jié)約了生產(chǎn)作業(yè)成本，簡(jiǎn)化了作業(yè)流程。

無(wú)線通訊；協(xié)議；數(shù)字化油田；數(shù)據(jù)采集

1 數(shù)據(jù)監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀

目前我國(guó)各大油田開(kāi)發(fā)不斷深入，遇到的困難越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜。傳統(tǒng)的油田開(kāi)發(fā)手段逐漸難以滿足油田作業(yè)的需要，數(shù)字化、信息化、精細(xì)化成為油田工作開(kāi)展的方向。

油田現(xiàn)場(chǎng)儀表所處環(huán)境惡劣、通信線路布置難度大、重新開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)代價(jià)高，這些因素制約了新技術(shù)在油田施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。采用各種通訊手段對(duì)油田施工作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，是數(shù)字化油田建設(shè)中的重要一環(huán)。隨著數(shù)字化油田建設(shè)的不斷深入，對(duì)油田施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，例如整合早期建設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)到數(shù)字化油田綜合管理平臺(tái)等。

早期建設(shè)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備較老，大多只能在現(xiàn)場(chǎng)儀表上顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)，靠工作人員人工讀取、記錄，而不能實(shí)時(shí)將其傳回管理平臺(tái)進(jìn)行整合[1]。同時(shí)，我國(guó)部分油田尤其是西部油田各個(gè)區(qū)塊距離較遠(yuǎn)，油氣井分布范圍較廣，在數(shù)字化油田建設(shè)中仍有很多偏遠(yuǎn)區(qū)塊井無(wú)法納入自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。另外，在井口數(shù)字化這一油田數(shù)字化最基層、最關(guān)鍵的工作中，抽油機(jī)、螺桿泵、電潛泵等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和傳輸工作受到作業(yè)環(huán)境和地理環(huán)境的限制，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)傳輸手段難以滿足油田數(shù)字化建設(shè)的需求?；谝陨锨闆r，采用無(wú)線通訊控制器來(lái)緩解目前油田數(shù)字化建設(shè)中遇到的數(shù)據(jù)采集、傳輸、接收等問(wèn)題。

2 無(wú)線通訊控制器

2.1 工作方式

無(wú)線通訊控制器是指在數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域中，以無(wú)線手段完成數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸、接收的通訊控制儀器。無(wú)線通訊控制器與較常見(jiàn)的RS232—RS485、RS232—USB等接口轉(zhuǎn)換控制器不同，它可以控制無(wú)線通訊的速率、協(xié)議、傳輸順序，尋找無(wú)線通訊過(guò)程中的差錯(cuò)，且可中斷或接入數(shù)據(jù)。另外，無(wú)線通訊控制器內(nèi)嵌豐富公式，具備多種數(shù)據(jù)接口，可滿足工程現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換以及與各種施工設(shè)備的對(duì)接。

無(wú)線通訊控制器工作方式如下：

（1）無(wú)線通訊控制器可依據(jù)油田施工現(xiàn)場(chǎng)已有的監(jiān)控設(shè)備接口和通訊協(xié)議，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行對(duì)接，完成數(shù)據(jù)通訊或數(shù)據(jù)采集。

（2）鑒于數(shù)字化油田遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的需求，無(wú)線通訊控制器對(duì)獲取的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，為數(shù)據(jù)傳輸做準(zhǔn)備。

（3）根據(jù)遠(yuǎn)程管理平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?、順序、協(xié)議需求，無(wú)線通訊控制器對(duì)數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，向綜合管理終端傳輸數(shù)據(jù)。

（4）根據(jù)綜合管理平臺(tái)的需求，設(shè)定信息接收格式，接收綜合管理平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析處理后發(fā)出的作業(yè)指令。

2.2 性能特點(diǎn)

無(wú)線通訊控制器具有以下特點(diǎn)：①獨(dú)立于其他設(shè)備運(yùn)行，具有簡(jiǎn)單的人機(jī)操作界面；②監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在本地儲(chǔ)存空間，接收到調(diào)取指令可及時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)；③通訊協(xié)議可采用自定義形式；④抗干擾能力強(qiáng)，可適應(yīng)復(fù)雜作業(yè)環(huán)境；⑤適應(yīng)性、容錯(cuò)性強(qiáng)，便于配置管理[2]。

2.3 通信協(xié)議

2.3.1 802.11協(xié)議

IEEE最初制定的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是802.11協(xié)議，802.11在應(yīng)用2400MHz頻段進(jìn)行通信，因其采用了擴(kuò)頻技術(shù)，使通信具有較強(qiáng)的抵抗外界干擾能力和較強(qiáng)的保密性能。最初的802.11只是應(yīng)用于辦公室局域網(wǎng)的無(wú)線接入，功能主要是數(shù)據(jù)的存取，通信速率較低，只有2Mbps。

隨著人們對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)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(jiàn)的802.11a、802.11b、802.11g新準(zhǔn)則。新的802.11b在物理層開(kāi)始支持5.5Mbps和11Mbps的高速率，采用CCK調(diào)制技術(shù)，可以根據(jù)環(huán)境變化調(diào)節(jié)傳輸速率，使其可以在11、5.5、2和1Mbps之間自由轉(zhuǎn)換，并在2Mbps以下與802.11互通。802.11a應(yīng)用5kMHz頻段，使通信速率達(dá)到54Mbps，802.11g沿用2400MHz頻段，但通信速率也達(dá)到了54Mbps。

2.3.2 Modbus協(xié)議

20世紀(jì)70年代末Modicon公司開(kāi)發(fā)了Modbus協(xié)議，其成為了世界第一個(gè)運(yùn)用于工業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。截至目前，已經(jīng)發(fā)展成為可以綜合運(yùn)用Modbus串行鏈路、Modbus+、ModbusTCP三種通信方式的基礎(chǔ)通信協(xié)議。Modbus是一種電子控制器通用語(yǔ)言，它可將控制器、網(wǎng)絡(luò)等與其他設(shè)備連接起來(lái)，使相關(guān)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信。Modbus通訊可以通過(guò)多種通訊傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，如光纖、紅外、藍(lán)牙等，同時(shí)可以完成不同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)通信，將Intranet、Extranet、Internet聯(lián)系起來(lái)，大大拓展通訊空間。目前，我國(guó)標(biāo)委會(huì)已將Modbus協(xié)議認(rèn)定為國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)規(guī)范，被廣泛應(yīng)用于我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)實(shí)踐中，其優(yōu)勢(shì)如下：

（1）用戶可免費(fèi)使用該協(xié)議，世界各大通訊廠商生產(chǎn)的儀器、設(shè)備均支持Modbus通信協(xié)議。

（2）Modbus支持多種通訊數(shù)據(jù)接口，如RS232、RJ45、RS485等，使其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，應(yīng)用方便。

（3）Modbus支持多種物理傳輸介質(zhì)，可在有線電纜、光纖上傳送，也可通過(guò)紅外、藍(lán)牙、衛(wèi)星等傳送數(shù)據(jù)。

（4）幀格式簡(jiǎn)單高效，結(jié)構(gòu)緊湊。

（5）Modbus安全性強(qiáng)，可使數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定地傳輸?shù)侥康脑O(shè)備。

3 在數(shù)字化油田應(yīng)用

為解決數(shù)字化油田建設(shè)中數(shù)據(jù)采集傳送矛盾，采用了無(wú)線通訊控制器，其在某油田實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)突出。

（1）成本低。油田數(shù)字化建設(shè)中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備通常采用模擬儀表和有線傳輸方式，在施工建設(shè)中，需要根據(jù)建設(shè)要求在井場(chǎng)挖溝、鋪設(shè)通訊線纜，安裝線纜防護(hù)裝置等，人力、物力消耗巨大，成本較高。而使用無(wú)線通訊控制器，省去了線路施工這一環(huán)節(jié)，只需在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上安裝無(wú)線通訊設(shè)備，通過(guò)參數(shù)調(diào)試設(shè)定，設(shè)備即可立即投入使用，將油田數(shù)字化建設(shè)成本降到最低[3-4]。

（2）施工便捷。無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不需要進(jìn)行井場(chǎng)挖溝、線纜鋪設(shè)，對(duì)井場(chǎng)其他作業(yè)無(wú)影響。一般無(wú)線通訊控制器只需要找好安裝位置即可在幾分鐘內(nèi)完成安裝和調(diào)試，大大節(jié)約了施工時(shí)間；同時(shí)，無(wú)線通訊控制器的安裝不需要油田現(xiàn)場(chǎng)停電、停工等，提高了油田的生產(chǎn)效率。

（3）維護(hù)方便。任何設(shè)備的健康運(yùn)行都離不開(kāi)定期的維護(hù)。相比傳統(tǒng)的通訊方式，無(wú)線通訊方式不再需要擔(dān)心通訊線纜被其他施工工作損壞，后期維護(hù)只需要定點(diǎn)檢查各個(gè)通訊控制器是否正常運(yùn)行，降低了維護(hù)工作強(qiáng)度。

（4）批量應(yīng)用。無(wú)線通訊控制器適合大規(guī)模應(yīng)用，可以較少的人力物力在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍的數(shù)據(jù)通訊。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)線通訊控制器具有傳統(tǒng)通訊控制器無(wú)法比擬的高安全性和廣泛的適用性等特點(diǎn)，配備多種設(shè)備接口，可將多種網(wǎng)絡(luò)形式互聯(lián)相通。無(wú)線通訊控制器在數(shù)字化油田建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，并取得較好效果，節(jié)約了生產(chǎn)作業(yè)成本，簡(jiǎn)化了作業(yè)流程。

[1]田麗欣，魏洪峰，張?jiān)姁偅甋CDMA無(wú)線傳輸技術(shù)在數(shù)字化油田中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2007，26（7）：48-49．

[2]宋尊鋒．無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化油田中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2008，27（10）：59．

[3]田軍慶，高輝．淺談“數(shù)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(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]．吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（10）：70-77.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.022