油井遠程監控系統

摘    要：本文提出了一種基于GPRS 的輸油管道遠程監控系統設計原理和實現方案，簡要介紹了GPRS 技術的基本知識，描述了GPRS 無線傳輸應用于石油化工數據傳輸的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果。

關鍵詞：GPRS；DDN；環保；輸油；在線；遠程；監控；油井

一、背景介紹

由于油田所在地理位置往往具有特殊的環境，因而實現油田之間的通信首要問題就是要克服地理環境所帶來的限制，架設一個龐大的通信系統是一個費時耗資金的過程，也給系統維護帶來很大的困難，地形的起伏不平導致鋪設電纜后不宜傳導，同時電纜穿過煉油廠可能是潛在的危險。GPRS無線網絡在油井監控系統中的應用充分發揮了它的優勢，以上所描述的問題迎刃而解。目前，全國許多大油田都已經在使用GPRS無線技術，為油田的生產和管理提供了很大的便利，大大提高了生產效率，降低了生產成本。

二、系統特點

GPRS無線網絡具備如下特點：

1、良好的實時響應與處理能力：與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，系統能夠同時實時收取、處理多個監測點的各種數據，無需輪巡就可以同步監測點的時鐘可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統，監控中心可以反向實現對儀器設備的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控制等功能；

3、建設成本低：可充分利用現有GPRS網絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現場環境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。

4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現有成熟GPRS網絡，系統投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調試工作量大，要先進行現場信號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調試等工作。

5、覆蓋范圍廣：構建油井遠程監控系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區，鄉鎮和跨地區的接入需求。由于監控點數量眾多，部分監控點位于偏僻地區，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而用GPRS方式，理論上在無線GPRS網絡的覆蓋范圍之內，都可以實現監控。

6、數據傳輸速率高：GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2Kbps，實際應用時數據傳輸速率在40 Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。

7、系統的傳輸容量大：監控中心站要和每一個管網監控點實現實時連接。由于監控點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

8、通信費用低，可按時間和流量進行收費。

9、系統易于擴展和維護。

三、系統組成 

（圖）油井遠程監控系統示意圖

GPRS油井遠程監控系統采用集散式監控結構主要由監控中心，GPRS DTU（GPRS數傳），油井數據采集終端三部分組成。

1、油井數據采集終端

油井數據終端可檢測抽油機的載荷，電潛泵井電機電流，功率因數，井口溫度，井口壓力，井底流量等數據。數據采集終端設備通過RS232/RS485/RS422串口把采集到的數據傳送給GPRS DTU。通過GPRS DTU接入移動公司為油田中心站提供的專用的GPRS網絡,網絡對油田信息采集點的接入地點，時間，數量沒有限制可以隨時增減?？梢詽M足山區，偏遠地區和跨地區接入的需求。

采集終端主要功能：自動監測，記錄采油設備上的電壓，電流，電度，溫度，壓力，流量，液位，界面，含水，示功圖，紅外報警等數據。采集數據的格式為模擬，數字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。還有輔助分析功能及時發現停電，缺相，油管堵塞，盜油，液面過低，配重不平衡等異常情況。

2、GPRS DTU介紹
DTU是指數據終端設備（Data Terminal unit),可以理解為下位GPRS發射終端，在進行通信時，傳輸數據的鏈路兩端肯定存在DTU，在它的作用下對所傳信息進行格式轉換和數據整理校驗。

GPRS通信網絡的優點之一就是支持GPRS終端設備持續在線，因此GPRS DTU在設計上都支持持續在線功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、采用心跳包保持持續在線（當長時間沒有數據通信時，移動網關將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數據中心在連接被斷開之前發送一個小數據包，以保持連接不被斷開），支持斷線自動重連，自動重撥號等特點。

3、數據監控中心

本系統中網絡代理服務器可采用ADSL，LAN等INTELNET公網連接或移動提供DDN專線接入方式連接，GPRS數據傳輸終端上電后，它會根據預先設定在其內部的IP地址來主動訪問網絡代理服務器，通過代理服務器和監控中心建立TCP/IP鏈路。監控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監控終端提出數據請求時，它會根據IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發到該終端，終端響應后通過GRPS數據傳輸終端把數據發到網絡代理服務器端口，通過端口影射轉發到監控中心主站，即完成了一個應答式的通訊流程，當油田信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

在數據監控中心監控室能迅速準確掌握油田管理局轄區內各種油井的工作狀態，及時發現隱患，遙控啟停抽油設備?？梢圆杉鎯λ袡z測數據，如采油設備上的電壓，溫度，壓力，流量，液位，界面，含水等參數。 同時也具有系統報警功能，系統綜述功能。

四、系統安全性

系統需要很高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破壞，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Ｒａｄｉｕｓ服務器的認證整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高，穩定可靠。

對于安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統的安全性。

1、VPN虛擬專網模式：企業內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對 整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。

2、利用SIM卡的號碼，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

3、對于特定用戶，可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。

五、總結

該監控系統中，使用組態軟件和GPRS無線數傳終端，系統無線遙測遙控主機（RTU）將檢測到的單口采油井的現場狀態，通過無線方式傳送給監控中心，從而實現各單井狀態的集中監控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發現和排除時間，極大的提高了生產效率，同時系統的性價比特高。另外，本系統還非常適合輸油管漏油，盜油監測，在實際應用中，取得了較好的經濟效益和社會效益。

采用GPRS無線傳輸數據通訊方法解決了遠程監測系統的通訊問題，比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優越性。隨著GPRS網絡的逐漸完善和應用技術的不斷成熟，GPRS的應用領域也會越來越廣闊。