面向PID输油管线电路模拟信号控制优化

2014-03-08杜德银杨代强

油气田地面工程 2014年6期

关键词：模拟信号输油路由

杜德银杨代强

重庆科创职业学院

面向PID输油管线电路模拟信号控制优化

杜德银杨代强

重庆科创职业学院

在PID输油网络中，存在一些不可预知的情况，有时节点被添加进网络中或是从网络中被删除掉，使网络系统的运行遭到破坏。为了避免此类现象的发生，网络必须具备动态的拓扑功能。PID输油网络的模拟信号平台应具备两个方面的功能：一是输油电路信息的实时监控管理；二是系统的辅助决策验证功能。输油电路信息实时监控管理是系统的重点。在输油电路模拟信号数据的基础上进行相关数据的分析，可以总结模拟信号数据变化的规律，并以表格、曲线图、饼状图、柱状图的形式将其直观地展示在系统界面上供用户查询。

PID输油网络；电路；模拟信号；通信

在输油管线的电路控制系统中，由于模拟信号控制器节点的分布情况与控制器节点之间的关系不能预先设定，为了能够收集到节点的数据信息，模拟信号控制器节点应具备自动配置的功能。

PID输油网络与传统无线网络的中心控制通信模式不同，它不依赖于任何预先设定的网络设施，有很强的独立性，同时节点通过网络协议和拓扑控制机制协调各自的行为。为了使组网灵活方便，输油节点之间遵循ZigBee协议。

1 动态型网络模拟信号设计

在PID输油网络中，存在一些不可预知的情况，有时节点被添加进网络中或是从网络中被删除掉，使网络系统的运行遭到破坏。为了避免此类现象的发生，网络必须具备动态的拓扑功能。

（1）通信手段。在传统的无线网络中，每个节点都拥有标示自己唯一性的IP地址，其数据的转发只依赖于目的节点的IP地址。但在PID输油网络中，它不需要知道数据是从什么节点传送过来或是转发到什么节点上去，它只关心数据本身。PID输油网络的应用领域较为特殊，经常部署在人烟荒芜、环境复杂的区域。此外PID输油节点具有体积小、工作时间长等特点，不方便给网络节电的电力系统进行充电或者更换电池，一旦电能耗完，节点就失去作用。如何高效地使用这些电能完成用户指定的检测任务成为目前急需解决的问题。

（2）输油电路多跳模式设计。由模拟信号节点到Sink节点的数据传输，需要经过多次其他模拟信号节点的转发才能完成。网络中节点间的通信距离一般在几十米到几百米范围内。由于网络中没有路由输油协议，只有相邻的节点可以直接通信，存在部分模拟信号控制器节点不能直接与基站通信的情况，所以需要一些中间节点通过“多跳”的方式实施路由。而这些中间节点是由普通的网络模拟信号控制器节点构成的，这样每个节点既要完成自身信息的发送，也要完成对其他节点信息的转发。由于节点在很多方面受限，例如体积空间、功耗、价格等因素，因此节点的存储空间和处理能力等方面比一般计算机要弱。

2 输油电路模拟信号关键技术

PID输油网络作为当今信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉的研究领域，其系统功能的实现主要依赖时间同步、路由、定位、无线通信等技术，因此应熟练掌握这些技术的应用方法。

（1）同步。为了使模拟信号控制器网络的节点能够相互协同工作，系统应具备时间同步机制。

（2）路由。在PID输油网络中，路由具有十分重要的意义。由于模拟信号控制器网络中没有路由输油协议，只能通过节点“多跳”的方式进行路由，而且由于节点体积小，存储空间有限等特点，必须对节点上设计的路由算法进行优化和精简。当前已提出很多经典算法，其中包含NADV协议和SPIN协议。

3 电路模拟信号平台功能优化

根据实际需求，PID输油网络的模拟信号平台应具备两个方面的功能：一是输油电路信息的实时监控管理；二是系统的辅助决策验证功能。其中输油电路信息实时监控管理是系统的重点。

（1）输油电路模拟信号实时功能优化。其主要功能有：①实时数据模拟信号功能。对一段区域模拟信号点的所有实时数据进行显示，同时也提供部分信息的分类数据实时显示。②Web GIS功能。提供一个直观而又生动的用户图形界面，便于用户查询信息。为了能获取模拟信号节点的位置信息和图像信息，需要知道这些模拟信号控制器节点在什么地方，因此使用Web GIS地图信息图形化功能，在界面的电子地图上显示出模拟信号控制器中节点的相对位置，以实现输油电路信息和地理空间信息的有机结合，方便检测网络及错误定位。

（2）模拟信号点信息管理功能优化。PID输油网络是一个动态的网络，在PID输油网络中，存在一些不可预知的情况，导致节点被添加进网络中或是从网络中被删除掉，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此需要对模拟信号点进行一系列的操作，来适应这种变化的需求。过去通过手工方式现场采集数据已经无法满足现代油田输油电路模拟信号的需求，而GPRS具有很多其他数据采集方式无可比拟的特点（传输速率高、接入时间短等），因此应用GPRS无线通讯技术来远程采集数据。辅助决策验证系统就是将输油电路区域内通过实时模拟信号获得的信息数据，运用已经存储在系统中的相应模型进行全面分析，形成模拟信号区域输油电路状况的分析结果。根据这些分析结果，产生辅助的决策验证报告，为输油电路模拟信号系统的性能评估提供可靠的依据。

（3）输油电路无线通信协议栈优化。无线通信协议栈主要包括MAC协议和网络层协议。在不同的协议栈层里，定义不同的接口与命令，且在不同的层次上实现不同的协议集。例如，MAC层包括802.11、802.15.4、S—MAC、B—MAC、Z—MAC等；路由协议则包括AODV、DSR、HSR、ZRP、DSDV、WRP等协议。用户可以通过选择不同的协议来进行功能的验证。