分布式油田远程防盗与计量系统的研究与实现

　　1 引言

　　我国有相当一部分油田的井场都属于分布式的布局。它们地理位置分散，周边环境复杂，过去多采取人工抄表和现场手动操作的原始监测方法，缺少必要的防盗与计量手段。时有错报、漏报甚至瞒报现象发生，从而使得不法分子有机可乘，方便其作案。在日常的工作中，为了能及时了解油井的生产状况，经常需要使用测井仪器对各个油井的各种参数进行测量。由于油井分布广泛，因此测控中心需要派遣测井队到野外现场进行测井操作，而在此过程中需要与监控中心进行交互的沟通，实时地将油罐油量以及一些井场设备的数据传递到监控中心，同时监控中心也需要传达一些必要的文件资料、处理方案等到现场。并且对原油数据的采集和监测功能要求有较高的稳定性和安全性。鉴于此我们提出了基于GPRS 的分布式油田远程防盗与计量系统。GPRS(General PacketRadio Service)是通用分组无线业务的简称，它是在GSM 基础上发展起来的一种分组交换数据承载和传输方式，主要用于实时性高数据量较大的远程数据传输过程，具有可靠性高和成本低等优势。

　　2 系统总体方案的设计

　　整个系统由现场终端设备、数据采集模块、数据传输部分和监控中心组成。现场终端包括液位传感器、报警传感器、接近开关和红外对射探测器，主要是对油田现场的防盗与计量数据进行采集。数据采集模块主要包括数据采集板和键盘，它的主要任务是处理和存储数据，对数据进行打包发送等等。数据传输包括两部分GPRS 无线网络和Internet 网络，其中主要是对GPRS 模块的选型，本系统选用工业级GPRS 通信模块BENQ M23，它主要是完成连接Internet 网络和GPRS 的数据发送接收等工作。监控中心主要包括监测管理软件和防盗与计量数据库，其中监测管理软件是整个监测系统的灵魂，是监测系统中至关重要的部分。数据库系统则是整个监控中心的核心，是软件两大部分的交汇处，是整个系统所有数据存放的地方，它效率的高低直接决定着整个系统的效率。整个系统的数据传输过程是现场终端设备获得油井的各种数据，并将其传给自行研制的数据采集器，采集器通过RS-485 总线传输给GPRS 通信模块，GPRS 无线网络传递给Internet，数据包通过IP 寻址方式找到监控中心服务器，从而实现数据远程的通讯。再利用编制的原油监控软件对数据进行分析。系统总体方案，如图1 所示。

　　3 系统设计

　　3.1 硬件设计

　　本系统是由分布在不同井场的下位机和监控中心上位机形成的。下位机经过严格的理论分析和实际测试，最终选定的主要硬件有：液位传感器、报警传感器、接近开关、红外对射探测器、AVR 系列MCU 单片机ATMEGA64L[2]、键盘与显示芯片ZLG7290B、BenQM23GSM/GPRS 模块和24C01A 数据存储器等等。其中AVR 系列单片机具有高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位的特性。它的推出，彻底打破了旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法;采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。其系列中的MCU 单片机ATMEGA64L 是基于增强的AVRRISC 结构的低功耗8 位CMOS 微控制器，它的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，且拥有64K 字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，2K 字节EEPROM 和4K 字节SRAM，符合本系统的要求。具体的下位机硬件结构，如图2 所示。上位机硬件主要指监控中心数据服务器、监控计算机等。