GPRS rtu油田油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案

        一、項(xiàng)目背景

        油田是一個(gè)以油氣生產(chǎn)為主，集勘探、開發(fā)、施工作業(yè)、后勤輔助生產(chǎn)、多種經(jīng)營(yíng)、社會(huì)化服務(wù)為一體的，專業(yè)門類齊全的國(guó)有特大型企業(yè)。油田的勘探、鉆 井、測(cè)井、錄井等是野外作業(yè)，流動(dòng)性強(qiáng)，點(diǎn)多、分散、距離長(zhǎng)，施工現(xiàn)場(chǎng)與公司之間的信息交流長(zhǎng)期以來沒有好的解決方案。油田管理層十分重視油田信息化建設(shè)，明確提出了未來一個(gè)時(shí)期油田信息化建設(shè)的具體目標(biāo)。

        借助“油井?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)”，管理人員足不出戶就可以通過該系統(tǒng)隨時(shí)觀測(cè)到油井的生產(chǎn)狀況。油井工作的相關(guān)數(shù)據(jù)每隔兩小時(shí)傳輸一次，機(jī)井一旦出現(xiàn)故障，示意圖就會(huì)標(biāo)示感嘆號(hào)，維護(hù)人員就能夠在最短的時(shí)間內(nèi)趕到現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)排除故障。以前，采油測(cè)試工要到每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，費(fèi)時(shí)費(fèi)力不說，對(duì)每口井的工作狀態(tài)也很難把握，有時(shí)一口井發(fā)生故障，往往許多天后才發(fā)現(xiàn)。

        二、GPRS方案的優(yōu)勢(shì)

        油田工作環(huán)境惡劣，雷擊、地震及人為破壞等時(shí)有發(fā)生，怎樣把油井運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到中心控制室一直是個(gè)難題。以前，油田曾采用微波、數(shù)傳電臺(tái)的方式采集數(shù)據(jù)，但實(shí)際使用過程中，效果不理想，高成本的投入和頻繁的維護(hù)讓采油單位不堪重負(fù)。引入了GPRS鉆井?dāng)?shù)據(jù)上報(bào)系統(tǒng)之后，通過固定在機(jī)架上的傳感器，管理人員可以及時(shí)了解各個(gè)機(jī)井的工作壓力、采油時(shí)電壓、蒸汽溫度等數(shù)據(jù)，從而確保了油井的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

        油田還可依托GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了抄表自動(dòng)化、精確化。用電控制中心對(duì)油廠用電的運(yùn)行狀態(tài)可以通過電子顯示屏進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)控制點(diǎn)將用電狀態(tài)以短信息的形式及時(shí)傳送到控制中心，這樣就可以自動(dòng)、高效、及時(shí)地掌握油田用電情況，自動(dòng)生成配電計(jì)劃，實(shí)行科學(xué)的電力營(yíng)銷和管理。這套裝置克服了以前人工抄表準(zhǔn)確率低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、缺少集中有效的管理的弊端，解決了生產(chǎn)的后顧之憂。

        三、解決方案介紹        

        (一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1、油田信息采集點(diǎn)：采用聚英電子公司的JY-RTU6640 GPRS透明無線數(shù)據(jù)傳輸終端，通過RS232/RS485/TTL與油田設(shè)備采集點(diǎn)連接，接入移動(dòng)公司為油田中心站提供的專用的GPRS網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對(duì)油田信息采集點(diǎn)的接入地點(diǎn)、時(shí)間、數(shù)量沒有限制可以隨時(shí)增減?？梢詽M足山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。

        2、油田中心站：本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP，GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址來主動(dòng)訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器，通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的IP地址和ID號(hào)，當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來找到對(duì)應(yīng)的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應(yīng)后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口，通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通訊流程，當(dāng)油田信息采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。        

        (二)產(chǎn)品特性

        油田信息采集傳輸系統(tǒng)采用JY-RTU6640 GPRS DTU。產(chǎn)品基于中國(guó)移動(dòng)的GPRS RTU網(wǎng)絡(luò)，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)品支持各種行業(yè)應(yīng)用，如實(shí)現(xiàn)信用卡實(shí)時(shí)認(rèn)證、POS機(jī)的遠(yuǎn)程控制維護(hù)、遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)點(diǎn)接入等。在油田信息采集傳輸系統(tǒng)方案中，JY-RTU6640 GPR SDTU可通過外置或嵌入方式與油田信息采集點(diǎn)設(shè)備連接。

        數(shù)據(jù)傳輸采用GSM模塊可實(shí)現(xiàn)功能：

        GPRS斷線自動(dòng)重連;

        根據(jù)需要最多可同時(shí)連接6個(gè)中心服務(wù)器;

        支持固定IP、域名解析和APN專網(wǎng)的尋址方式;

        支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協(xié)議;

        支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)，只要服務(wù)器資源允許，理論上為無數(shù)個(gè);

        減少布線的成本和施工的麻煩;

        支持短信數(shù)據(jù)傳輸、短信參數(shù)配置功能;

        支持電話和短信喚醒功能;

        數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)模塊可實(shí)現(xiàn)功能：

        支持10Mbps/100Mbps兩種方式接入Internet，數(shù)據(jù)傳輸速度加快，適合大數(shù)據(jù)量傳輸;

        支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協(xié)議;

        支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)，只要服務(wù)器資源允許，理論上為無數(shù)個(gè);

        根據(jù)服務(wù)器的需要，協(xié)議可以支持更加豐富;

        支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)喚醒功能;

        支持專用軟件進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程參數(shù)配置及維護(hù);

        支持本地和遠(yuǎn)程固件升級(jí);        

        (三)系統(tǒng)功能

        1、數(shù)據(jù)檢測(cè)功能：自動(dòng)監(jiān)測(cè)、記錄采油設(shè)備上的電壓、電流、電度、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報(bào)警等數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)的格式為模擬、數(shù)字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。

        2、數(shù)據(jù)共享功能：所測(cè)數(shù)據(jù)以及采油設(shè)備的工作狀態(tài)可以傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)多方遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享。

        3、顯示功能：總流程顯示、分組流程顯示、全部數(shù)據(jù)列表、分組數(shù)據(jù)列表、單個(gè)儀表歷史數(shù)據(jù)列表，對(duì)于日、月、年顯示、故障列表顯示。

        4、輔助分析功能：及時(shí)發(fā)現(xiàn)停電、缺相、油管堵塞、盜油、液面過低、配重不平衡等異常情況。

        5、報(bào)警功能：如果檢測(cè)值超過設(shè)定范圍，即聲光告警，并能在屏幕上顯示出現(xiàn)問題的儀表名稱以及參數(shù)超出的范圍，若有多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)警，將按順序顯示超值列表。

        6、權(quán)限設(shè)置功能：權(quán)限設(shè)置分一般操作員、管理員、超級(jí)系統(tǒng)管理三種。利用輸入用戶名和密碼加以限制.        

        (四)安全措施

        本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。

        數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動(dòng)GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備，移動(dòng)終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動(dòng)公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。對(duì)于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。

        1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動(dòng)終端加載具有VPN二次虛擬撥號(hào)的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。

        2、利用SIM卡的唯一性，對(duì)用戶SIM卡手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號(hào)才能訪問專用APN，移動(dòng)終端與數(shù)據(jù)中心采用中國(guó)移動(dòng)分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號(hào)無法呼叫專門的APN。

        3、對(duì)于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

        4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。

        5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。

        四、結(jié)論

        該監(jiān)控系統(tǒng)中，使用組態(tài)軟件和GPRS無線數(shù)傳終端，系統(tǒng)無線遙測(cè)遙控主機(jī)(RTU)將檢測(cè)到的單口采油井的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，通過無線方式傳送給監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時(shí)間，極大的提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)系統(tǒng)的性價(jià)比特高。另外，本系統(tǒng)還非常適合輸油管漏油，盜油監(jiān)測(cè)，在多家采油場(chǎng)中使用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。