基于嵌入式PC與GPRS的SCADA在油田中的應用

1 引言

　　隨著(zhù)電子計算機及網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多生產(chǎn)過(guò)程中的數據采集和監控系統功能也在不斷增強。本文針對的某油田采油區較為分散的實(shí)際情況，探索應用相應的測控系統。由于存在著(zhù)單井作業(yè)或數臺甚至十臺以上抽油機排列在一起，形成一個(gè)或數個(gè)井排，同時(shí)在其周?chē)嗑鄮装倜追植贾?zhù)一些中轉原油的儲油罐和其他設備，為了提高采油效率，保障安全生產(chǎn)，需要采集各個(gè)抽油機、油罐、電機和油泵等的實(shí)時(shí)數據，如溫度、壓力、流量、油罐的液位和儲油量、電壓、電流等。為了使采油廠(chǎng)的生產(chǎn)管理調度部門(mén)及時(shí)掌握一線(xiàn)生產(chǎn)情況，必須將數據及時(shí)上傳。但工作現場(chǎng)環(huán)境十分惡劣，無(wú)法晝夜值守，又無(wú)通訊線(xiàn)路，因此，給生產(chǎn)管理帶來(lái)極大不便。

　　針對上述問(wèn)題，本文討論一種不受惡劣環(huán)境影響的、可安裝在現場(chǎng)的基于嵌入式PC 和中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò )的遠程監控與數據采集系統。

2 嵌入式PC（Embedded PC）[1]

　　早在20世紀70年代計算機系統就出現了一個(gè)新分支――嵌入式計算機系統。為了區別原有的通用計算機系統，把嵌入到對象體系智能化控制的計算機，稱(chēng)作嵌入式計算機系統，其嵌入性本質(zhì)是將一個(gè)計算機嵌入到一個(gè)對象體系中去，也可將其定義為：“嵌入到對象體系中的專(zhuān)用計算機系統”。對象系統是指嵌入式系統所嵌入的宿主系統，如本文中所涉及到的數據采集系統。

　　針對對象系統的環(huán)境（如地理、成本）要求，嵌入式系統是要嵌入到對象系統中去，能夠滿(mǎn)足對象要求的最小軟、硬件配置及對象系統控制要求的計算機系統。它的三個(gè)基本要素即“嵌入性”、“專(zhuān)用性”與“計算機系統”。

　　嵌入式系統按形態(tài)可分為三種：芯片級嵌入式計算機即微控制器，俗稱(chēng)單片機;模板級嵌入式計算機，即以8位、16位、32位微處理器為核心的板卡或模塊;系統級嵌入式計算機。本文中采用的ADAM-5510即是一款模板級的嵌入式系統。

3 GPRS技術(shù)及其特點(diǎn)[2]

　　GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現有GSM系統上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶(hù)提供分組形式的數據業(yè)務(wù)。GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s，實(shí)際應用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于Internet連接、數據傳輸等應用。它采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同一無(wú)線(xiàn)信道又可以由多個(gè)用戶(hù)共享，資源被有效的利用。GPRS能將數據打包發(fā)送，允許用戶(hù)在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò )資源，只有在資料需要傳送時(shí)才會(huì )占用頻寬，且傳輸時(shí)按量計價(jià)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸，對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)比較經(jīng)濟合理。在本研究課題中使用GPRS技術(shù)傳輸，實(shí)現數據分組發(fā)送和接收。能永遠在線(xiàn)并且只按傳輸流量計費，較大幅度地降低服務(wù)成本。

4 監控與數據采集系統（SCADA）[3][4]

　　SCADA系統是以對生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)的監視為主，向操作控制人員提供現場(chǎng)信息并由操作控制人員決定要實(shí)施的控制，最后由操作人員發(fā)出指令對現場(chǎng)的執行器進(jìn)行操作的系統，整個(gè)系統由監控中心、若干個(gè)分散的遠程測控終端RTU （Remote Terminal Unit）和通信介質(zhì)三部分組成。監控中心又稱(chēng)主站,是SCADA系統的核心,負責控制管理整個(gè)系統的運行;RTU又稱(chēng)外圍站點(diǎn),相當于DCS中的現場(chǎng)控制站，是采用PLC或單片機等測控系統組成的可獨立運行的智能測控模塊，完成各種遠端現場(chǎng)數據的采集與處理、現場(chǎng)執行機構的控制以及與遠程控制中心的通信、具有易擴展性和易維護性特點(diǎn)。隨著(zhù)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )結構的不斷成熟和IP技術(shù)的高速發(fā)展，系統的功能正在逐步從單一向綜合的方向發(fā)展，許多過(guò)去要幾個(gè)不同系統才能夠實(shí)現的控制和自動(dòng)化功能，現在只需要一個(gè)系統即可完成。

5 系統組成及原理

　　5.1 系統組成

　　本數據采集監控系統由現場(chǎng)數據采集與監控部分、GPRS傳輸部分、外部數據網(wǎng)和數據監控中心四部分組成。如圖1所示。

圖1 系統組成示意圖

　　在圖1所示系統中，現場(chǎng)數據采集與監控部分將各種傳感器傳回的信號經(jīng)過(guò)智能模塊的處理，通過(guò)GPRS傳輸部分將數據傳輸到GPRS網(wǎng)絡(luò )上，再通過(guò)外部數據網(wǎng)（如Internet）傳輸。監控中心服務(wù)器通過(guò)GPRS Modem即可接受現場(chǎng)的全部數據。