油井远程监控系统方案.doc

油井远程监控平台方案油井远程监控系统方案修改记录编号章节修订内容时间修订人修订前版本号修订后版本号批准人1所有创建文档2009-2-9刘翔无1.0目录1.概述41.1.名词解释41.2.系统架构52.现有设备53.需求目标54.功能描述64.1.终端控制基站64.1.1.功能64.1.2.实现64.2.作业面监控中心74.2.1.功能74.2.2.实现84.3.总部数据中心84.3.1.功能84.3.2.实现85.非功能性需求95.1.野外环境适应性95.2.数据传送安全性95.2.1.野外无线控制信号安全性95.2.2.因特网数据封装安全性96.效果预测91. 概述1.1. 名词解释51系列单片机：8051系列属于8位单片机，在工业产品中主要用于逻辑控制。RTL8019AS：RTL8019AS是一种全双工即插即用的以太网控制器，其接口符合Ethernet2和IEEE802.3标准。IEEE802.3：一种网络协议。描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式。ARP协议：是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写，基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。TCP/IP协议：TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中文译名为传输控制协议/互联网络协议）。UTP：无屏蔽双绞线。RJ45：由IEC (60)603-7标准化， 使用由国际性的接插件标准定义的8个位置(8针)的模块化插孔或者插头。路由器：是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。中继器：是网络物理层上面的连接设备。适用于完全相同的两类网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。应用程序服务器：提供主要业务逻辑管理控制的软硬件系统。数据库服务器：提供数据维护与管理工作的软硬件系统。WEB服务器：称为WWW(WORLD WIDE WEB)服务器，主要功能是提供网上信息浏览服务。终端：提供人机交互界面的计算机，从服务器上获取数据，并发送用户的输入指令。1.2. 系统架构图表 1 油井监控综合架构图2. 现有设备数控抽油机控制箱。数控抽油机摇控器。现有设备已可完成对油井井架的远程数控监控。通过手持摇控器与井架上的数控抽油机控制箱进行通信，有效距离在300米。3. 需求目标1. 前端数据采集器可以向各井架定时发送控制指令，井上的数控控制箱接收到指令后将当前井架的相关状态数据发送到前端数据采集器。2. 前端数据采集器将数据通过连接着的无线路由发送到中继器或是作业面服务器。3. 监控人员可以通过油井作业面的终端查看作业面内所有井架的状态信息。4. 监控人员可以通过油井作业面的终端查看各前端数据采集器的状态信息。5. 监控人员可以通过油井作业面的终端向特定井架发送控制消息。6. 监控人员可以通过油井作业面的终端向特定前端数据采集器发送控制消息（如重新启动等）。7. 总部监控终端可以查看各油井作业面的汇总信息。4. 功能描述4.1. 终端控制基站图表 2 终端控制基站4.1.1. 功能终端控制基站由井架收发终端、前端数据采集器和中继器组成。通过设置数据采集器的采集频率，可以按照一定时间间隔反复向其覆盖范围内的所有井架信号终端发送获取井架状态数据的控制指令。数据采集器还可以接受远程的控制指令，以完成重新启动、向某个井架发送控制指令等功能。与数据采集器直接相连的是无线网络收发设备。可以采用符合802.x协议的无线网络路由器。通过数据采集器和无线网络收发设备终端组成一个小型基站，每个基站通过无线中继器与一个油田作业面的服务器进行通信。4.1.2. 实现该部分硬件方面包括井架收发终端、前端数据采集器和无线中继器。井架收发终端可以使用现有的设备。前端数据采集器主要由51系列芯片、RTL8019AS芯片和现有的手持摇控信号收发部分的改进电路组成。其中51芯片作为主控芯片，通过编码程序将从井架获取到的数据进行ARP数据封装，再控制RTL8019AS芯片通过TCP/IP协议发送。由RTL8019AS芯片组成的网络通信部分采用UTP（无屏蔽双绞线）RJ45作为其标准端口，其支持IEEE802.3协议，可与无线路由器直接相连。数据可通过中继器一级级发送到作业面中心服务器。软件部分主要是对51系列单片机进行编程，以驱动和控制数据收集与指令发送，并将数据编码后以符合标准网络的方式封装发送到作业面服务器。软件部分需自主开发。4.2. 作业面监控中心图表 3 作业面监控中心4.2.1. 功能作业面监控中心由作业面服务器、无线路由器、数据库服务器和作业面监控终端组成。作业面服务器通过无线路由器收集来自终端控制基站的数据，汇总后保存到数据库服务器中。作业面监控终端通过人机可视化界面观察各基站及井架状态信息。当有异常发生时，人机界面会发出警告信息。操作人员可以通过作业面监控终端向基站设备发送控制指令，所有操作都会以操作日志的形式保存到作业面监控中心的数据库服务器中以备查。作业面监控中心将数据库服务器中的数据通过Internet发送到总部数据中心服务器，并接收来自总部数据中心服务器的控制指令。4.2.2. 实现该部分硬件方面包括无线路由器、服务器和PC，在市场上都有成品。软件方面，数据库可采购大型数据库软件如Oracle。人机界面与控制软件自主开发。4.3. 总部数据中心图表 4 总数数据中心4.3.1. 功能中心服务器由应用程序服务器、数据库服务器、Web服务器组成。应用程序服务器通过Internet接收来自各个作业面中心的数据，并向其发送控制指令，所有的业务逻辑与控制软件都部署在应用程序服务器上。数据库服务器放置在应用程序服务器之后，维护所有的数据。Web服务器将应用服务器中的业务逻辑与数据库服务器中的业务数据通过网页的形式发送给客户终端，供监控人员方便的在浏览器中查看数据与进行操作。公司内部监控终端可通过公司内部数据线直接访问应用程序服务器与Web服务器实施操作，公司外部监控终端只能通过Internet访问Web服务器，通过浏览器进行查看等低权限操作。4.3.2. 实现所有硬件设备都是市面上的现售设备。软件方面数据库软件和Web服务器软件及相应的安全防火墙等各种软件也都有成品，无需开发。业务逻辑与监控网站需独立开发完成。5. 非功能性需求5.1. 野外环境适应性油井井架所在地多为野外，环境条件复杂恶劣，所有对相关设备的可靠性提出了更高的要求。在电子设备方面，所选元器件应可以适应低温、潮湿、温度变化剧烈、雷电等方面的问题。设备外壳还应考虑保护性、安全性、抗干扰等方面的影响。所有设备都应该可以通过远程通信定时发送状态信息，有一定的自检能力，可在一定条件下完成重起启动、加载等操作。5.2. 数据传送安全性因通信大都通过无线网络完成，且大都符合标准网络协议，所以数据很容易被截获。如果有非法指令发送到各基站终端，可能会造成不可预料的损害，所以在数据传送的安全性上有比较高的要求。5.2.1. 野外无线控制信号安全性在通过中继器与无线路由设备进行数据发送时，数据必须通过安全网络协议的强制认证加密，对无效数据抛弃。对于恶意饱和攻击等情况能够识别，并向作业面中心报警。5.2.2. 因特网数据封装安全性在作业面中心与总部中心通信时要通过Internet完成，数据安全性也非常重要。所有数据要加密后通过安全网络协议发送，接收