基于ZigBee技术的油田油井无线监控方案.doc

基于ZigBee技术的油田油井无线监控方案发布时间：2011-08-10 一、 前言我们知道油井是油田最小的生产单位，大大小小的油田是由这些成百上千，相距几十米到几百公里的油井组成。即时掌握油井的各种参数，了解油井的运行情况，对油田安全高效的生产至关重要。传统的采用人工采集这些数据，效率低，不能准确及时，并对工作人员的安全构成极大威胁。基于802.15.4/ZigBee 技术的无线传感器网络的油井监测系统，采用大量传感器无线组网传输的方式，完全摈弃了传统的单一使用有线、数字电台监控油井的方法。使设备费用投入大及运营成本高，维护难度大的问题得到彻底的解决。大大提高了系统的稳定性，施工方便，并实现油井井场内无线化。一、 项目分析21 系统组成211 终端数据采集器油井工作状态传感器主要有温度传感器，电压传感器，电机电流传感器，被监控开关断/合传感器，载荷传感器、角位移传感器（或脉冲发生器）、监控器、电参量传感器等，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值通过ZigBee通信模块送至采油场监控中心。 212 无线通讯设备由于油田的磕头机本身结构设计相对严紧，如果采用有线来传输线数据的话，那将对磕头机的正常工作带影响，而布线麻烦。鉴于采集器的接口和设备的工作环境等多种情况的要求，我们选择厦门四信通讯有限公司的F8914 ZigBee无线终端和F8114带GPRS的ZigBee无线终端。采用RS-232/485接口、金属外壳设计，它具有体积小、功耗低、配置使用简单、即插即用，安装方便。213 监控中心采油场监控中心一般设置在矿部、队部或其它监控调度部门，监控中心有两种接入方式，第一种，直接网络接入，网络接入可以是专张、ADSL、光纤等多种方式；第二种，采用F8914 ZigBee无线终端接入。22 系统总结构根据油井的分布规律系统采用ZigBee 技术和其他无线技术结合。由于油井一般是成群分布，单一油井和其他油井相距交远的情况不多。在井场内部和井群内部由ZigBee 终端节点，路由节点，协调器节点组成一个无线网。整个系统的网络总架构有两种方式，第一种，中心监控端采用有线网络接入，然后整个井群的数据经GPRS /GSM 传回给监控中心，如下图 第二种，中心监控端通过ZigBee接入，终端通过ZigBee无线网传送给ZigBee中心节点，再通过中心节点传给数据中心和使用单位。在数据中心或使用单位经过对数据处理，对油井进行时时监测。如下图: 三、项目架构实施方案31 ZigBee终端F8914与与采集终端连接 F8914支持RS232/385通讯接口，可通过RS232/485与采集终端连接。如下图:32 监控中心接入方式3.2.1有线网络接入1）中心采用APN专线， 所有终端都采用内网固定IP，客户中心通过一条APN专线接入移动公司GPRS网络，在GGSN与移动公司互联路由器之间建立GRE隧道。为客户分配专用的APN，其他的用户不得申请该APN。只有该专网内的SIM卡才能进入该APN，防止其他非法用户的进入。用户可以内部建立RADIUS服务器，以保证用户内部安全。用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下的最佳组网方式。2）控制中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。3）控制中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。3.2.2 ZigBee接入 监控中心服务通过RS232线与中心节点设备连接。四、方案特点1、802.15.4/ZigBee 的无线网络，免无线电申请许可；2、支持星型，树型，网型网络等多种网络拓扑结构，最大网络连接能办强，可支持65000个节点。3、传输模块采用工业级设计，金属外壳，外接电源DC 12V/500mA；通信电流：250mA (12V);工作环境温度 -25+65C;储存温度 -40+85C;相对湿度 95%(无凝结);多重软硬件看门狗设计，适用于油井野外工作。 4、ZigBee终端空旷视距离环境无线通信距离800米。 5、ZigBee通讯不需要任何费，为整个项目节省大量的费用支出 6、设备配置操作简单，易懂，所有模块能够完成自组网能力。 7、集成化程度高，技术成熟，安装方便。 五、方案总结 在我国,油井的数据采集基本上靠人工完成，无论盛夏酷暑还是冰雪旱天，采油工都必须到现场采集油井示功图、平衡度、油套