无线通讯控制器在数字化油田中的应用

2015-02-09万军吕值敏重庆科创职业学院

油气田地面工程 2015年3期

万军吕值敏重庆科创职业学院

无线通讯控制器在数字化油田中的应用

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无线通讯控制器是指在数据通讯领域中，以无线手段完成数据发送、传输、接收的通讯控制仪器。无线通讯控制器与较常见的RS232—RS485、RS232—USB等接口转换控制器不同，它可以控制无线通讯的速率、协议、传输顺序，寻找无线通讯过程中的差错，且可中断或接入数据。该控制器成本低、安装便捷、维护方便、可批量应用，具有传统通讯控制器无法比拟的高安全性和广泛的适用性等特点，配备多种设备接口，可将多种网络形式互联相通。无线通讯控制器在数字化油田建设中被广泛应用，并取得较好效果，节约了生产作业成本，简化了作业流程。

无线通讯；协议；数字化油田；数据采集

1 数据监控技术现状

目前我国各大油田开发不断深入，遇到的困难越来越多，越来越复杂。传统的油田开发手段逐渐难以满足油田作业的需要，数字化、信息化、精细化成为油田工作开展的方向。

油田现场仪表所处环境恶劣、通信线路布置难度大、重新开发新系统代价高，这些因素制约了新技术在油田施工现场的应用。采用各种通讯手段对油田施工作业进行远程监测，是数字化油田建设中的重要一环。随着数字化油田建设的不断深入，对油田施工现场监测提出了更高的要求，例如整合早期建设的现场数据监测系统到数字化油田综合管理平台等。

早期建设的数据监测系统设备较老，大多只能在现场仪表上显示生产数据参数，靠工作人员人工读取、记录，而不能实时将其传回管理平台进行整合[1]。同时，我国部分油田尤其是西部油田各个区块距离较远，油气井分布范围较广，在数字化油田建设中仍有很多偏远区块井无法纳入自动化监控网络，无法实现油田生产的远程监控。另外，在井口数字化这一油田数字化最基层、最关键的工作中，抽油机、螺杆泵、电潜泵等设备的数据采集和传输工作受到作业环境和地理环境的限制，传统的数据监测传输手段难以满足油田数字化建设的需求。基于以上情况，采用无线通讯控制器来缓解目前油田数字化建设中遇到的数据采集、传输、接收等问题。

2 无线通讯控制器

2.1 工作方式

无线通讯控制器是指在数据通讯领域中，以无线手段完成数据发送、传输、接收的通讯控制仪器。无线通讯控制器与较常见的RS232—RS485、RS232—USB等接口转换控制器不同，它可以控制无线通讯的速率、协议、传输顺序，寻找无线通讯过程中的差错，且可中断或接入数据。另外，无线通讯控制器内嵌丰富公式，具备多种数据接口，可满足工程现场通信协议的转换以及与各种施工设备的对接。

无线通讯控制器工作方式如下：

（1）无线通讯控制器可依据油田施工现场已有的监控设备接口和通讯协议，与现场设备进行对接，完成数据通讯或数据采集。

（2）鉴于数字化油田远程监测的需求，无线通讯控制器对获取的现场数据进行整合，为数据传输做准备。

（3）根据远程管理平台对数据传输的速率、顺序、协议需求，无线通讯控制器对数据传输参数进行设定，对数据传输协议进行转换，向综合管理终端传输数据。

（4）根据综合管理平台的需求，设定信息接收格式，接收综合管理平台对现场数据分析处理后发出的作业指令。

2.2 性能特点

无线通讯控制器具有以下特点：①独立于其他设备运行，具有简单的人机操作界面；②监测数据储存在本地储存空间，接收到调取指令可及时发送数据；③通讯协议可采用自定义形式；④抗干扰能力强，可适应复杂作业环境；⑤适应性、容错性强，便于配置管理[2]。

2.3 通信协议

2.3.1 802.11协议

IEEE最初制定的无线局域网标准协议是802.11协议，802.11在应用2400MHz频段进行通信，因其采用了扩频技术，使通信具有较强的抵抗外界干扰能力和较强的保密性能。最初的802.11只是应用于办公室局域网的无线接入，功能主要是数据的存取，通信速率较低，只有2Mbps。

随着人们对无线局域网传输速率和传输距离要求的不断提高，IEEE相继推出了目前市面上常见的802.11a、802.11b、802.11g新准则。新的802.11b在物理层开始支持5.5Mbps和11Mbps的高速率，采用CCK调制技术，可以根据环境变化调节传输速率，使其可以在11、5.5、2和1Mbps之间自由转换，并在2Mbps以下与802.11互通。802.11a应用5kMHz频段，使通信速率达到54Mbps，802.11g沿用2400MHz频段，但通信速率也达到了54Mbps。

2.3.2 Modbus协议

20世纪70年代末Modicon公司开发了Modbus协议，其成为了世界第一个运用于工业施工现场的总线协议。截至目前，已经发展成为可以综合运用Modbus串行链路、Modbus+、ModbusTCP三种通信方式的基础通信协议。Modbus是一种电子控制器通用语言，它可将控制器、网络等与其他设备连接起来，使相关设备之间实现通信。Modbus通讯可以通过多种通讯传输介质实现，如光纤、红外、蓝牙等，同时可以完成不同网络之间的互联通信，将Intranet、Extranet、Internet联系起来，大大拓展通讯空间。目前，我国标委会已将Modbus协议认定为国家工业自动化行业规范，被广泛应用于我国工业现代化建设实践中，其优势如下：

（1）用户可免费使用该协议，世界各大通讯厂商生产的仪器、设备均支持Modbus通信协议。

（2）Modbus支持多种通讯数据接口，如RS232、RJ45、RS485等，使其具有较强的适应性，应用方便。

（3）Modbus支持多种物理传输介质，可在有线电缆、光纤上传送，也可通过红外、蓝牙、卫星等传送数据。

（4）帧格式简单高效，结构紧凑。

（5）Modbus安全性强，可使数据安全、稳定地传输到目的设备。

3 在数字化油田应用

为解决数字化油田建设中数据采集传送矛盾，采用了无线通讯控制器，其在某油田实际应用中表现突出。

（1）成本低。油田数字化建设中，传统的数据采集传输设备通常采用模拟仪表和有线传输方式，在施工建设中，需要根据建设要求在井场挖沟、铺设通讯线缆，安装线缆防护装置等，人力、物力消耗巨大，成本较高。而使用无线通讯控制器，省去了线路施工这一环节，只需在现场设备上安装无线通讯设备，通过参数调试设定，设备即可立即投入使用，将油田数字化建设成本降到最低[3-4]。

（2）施工便捷。无线通讯网络建设不需要进行井场挖沟、线缆铺设，对井场其他作业无影响。一般无线通讯控制器只需要找好安装位置即可在几分钟内完成安装和调试，大大节约了施工时间；同时，无线通讯控制器的安装不需要油田现场停电、停工等，提高了油田的生产效率。

（3）维护方便。任何设备的健康运行都离不开定期的维护。相比传统的通讯方式，无线通讯方式不再需要担心通讯线缆被其他施工工作损坏，后期维护只需要定点检查各个通讯控制器是否正常运行，降低了维护工作强度。

（4）批量应用。无线通讯控制器适合大规模应用，可以较少的人力物力在短期内实现大范围的数据通讯。