基于嵌入式PC與GPRS的SCADA在油田中的應用

　　由于現場(chǎng)大多數被測量參數都是定時(shí)采集，故GPRS模塊不必一直發(fā)送數據，而是每隔一段時(shí)間發(fā)送一次數據，同時(shí)，現場(chǎng)部分在檢測到的數據變化幅度異常時(shí)，可立即發(fā)送數據，并報警。

　　5.2 現場(chǎng)數據采集

　　現場(chǎng)數據采集儀器必須與上位機有一定的通訊功能，才能使現場(chǎng)各種傳感器輸出的信號，準確地經(jīng)無(wú)線(xiàn)傳輸發(fā)送給遠方的監控計算機，進(jìn)行分析、處理及存儲。根據現場(chǎng)的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)多方面的比較，決定使用嵌入式系統，數據采集器采用ADAM-5510嵌入式PC和遠程模塊ADAM-5000系列模塊。ADAM-5000系列功能強大，可擴展，易整合，并且在通用工業(yè)數據通信網(wǎng)絡(luò )中，它可以和PC主機進(jìn)行通信;本身帶有獨立運行內核的獨立控制器;支持多種軟件，可使用它建立滿(mǎn)足不同要求的SCADA系統。

　　ADAM-5510是PC-based可編程控制器，在一個(gè)5510的基座上有4個(gè)插槽，用戶(hù)可以根據需要選用不同的5000系列模塊。因此，一個(gè)ADAM-5510主單元和I/O模塊的配合可以同時(shí)測量多種數據。

　　ADAM-5510內置基于x86-CPU的 ROM-DOS，16位微處理器，256KB Flash，256KB SRAM，內建ROM-DOS，支持COM端口，2個(gè)RS-232，1個(gè)RS-485;它是在C語(yǔ)言環(huán)境中開(kāi)發(fā)的，帶有自身的C語(yǔ)言庫函數，在程序中可以直接調用這些函數，編譯，鏈接生成可執行文件。最后一起下載到ADAM-5510的Flash ROM中。

　　基于ADAM-5510的數據采集系統能夠在惡劣環(huán)境下可靠工作，是一種智能化的現場(chǎng)信息采集單元，特別適合于采樣及控制點(diǎn)分散，與主機距離較遠的數據采集及控制場(chǎng)合。ADAM-5510基座的插槽數，相應模塊的通道數都較好的適應和滿(mǎn)足了本系統，在本系統中所反應出來(lái)的性?xún)r(jià)比較高。

　　對于現場(chǎng)站點(diǎn)采用的是3片8路模擬量輸入模塊ADAM-5017H采集模擬量信號，一片4路模擬量輸出模塊ADAM-5024作為數據輸出模塊。

　　現場(chǎng)使用傳感器測量的信號有溫度、壓力、流量、油罐的液位和儲油量、電壓、電流等，信號的傳輸類(lèi)型有傳統的4-20mA，此外還有基于現場(chǎng)總線(xiàn)的傳感器，本系統使用了一些HART協(xié)議的傳感器。如圖2所示，4-20mA接到ADAM-5017H，8個(gè)HART信號并聯(lián)在一條線(xiàn)纜上，通過(guò)HART Modem接到ADAM-5510的一個(gè)串口上。這種連接方法使全部傳感器僅使用一個(gè)GPRS模塊，可大大節省成本。

圖2 現場(chǎng)模塊連接圖

　　除傳感器外的所有設備（包括ADAM-5510、HART Modem和GPRS模塊）均置于一個(gè)IP66工業(yè)級密封箱內，并安裝在現場(chǎng)。

　　5.3 GPRS傳輸

　　針對通訊成本和易用性，本系統采用H7112 GPRS DTU作為通訊模塊。它是一種嵌入式設備，具有TTL、RS-232/442/485、以太網(wǎng)等多種接口方式,并有耳機和麥克風(fēng)接口，軟件部分內置了TCP/IP等通訊協(xié)議。在數據監控中心一端以配置專(zhuān)門(mén)的模塊統一收發(fā)數據，通過(guò)對數據的透明傳輸，現場(chǎng)的數據收集/發(fā)送到相應的數據中心。數據傳送是完全透明的，不需要后臺計算機支持，沒(méi)有對數據添加任何多余的協(xié)議，也不會(huì )對數據的排列作修改。GPRS DTU數據傳送的方向是指定的數據中心地址（IP地址）。并且H7100 GPRS DTU具有自動(dòng)撥號和在線(xiàn)狀況自動(dòng)檢測的功能。

　　5.4 數據監控中心

　　數據監控中心有多種接入方式，可結合GPRS的特點(diǎn)和應用領(lǐng)域的具體要求進(jìn)行組網(wǎng)。組網(wǎng)形式由業(yè)務(wù)數據量、時(shí)延、可靠性要求、數據保密性、網(wǎng)絡(luò )狀況決定。其中專(zhuān)線(xiàn)接入適合電力、金融、證券、工業(yè)監控等行業(yè)。企業(yè)通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)接入中國移動(dòng)的路由器，移動(dòng)為用戶(hù)提供公有或私有IP地址。在傳輸數據的過(guò)程中使用專(zhuān)線(xiàn)接入中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò )，GPRS DTU向數據中心實(shí)時(shí)發(fā)送數據，傳送完全透明，不需要后臺計算機支持，沒(méi)有對數據添加任何多余的協(xié)議，也不會(huì )對數據的排列作修改。數據中心使用H6210 Modem作為中心接入的硬件設備。H6210 Modem綁定中國移動(dòng)提供的SIM卡固定數據中心地址（IP地址）。GPRS DTU向這個(gè)IP地址發(fā)送數據。監測中心的查詢(xún)命令或控制命令也可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)發(fā)送到GPRS模塊匯總，再由GPRS模塊傳送給各個(gè)儀表，對它們進(jìn)行操作。數據監控中心主要是工藝流程及數據的實(shí)時(shí)顯示，本系統中采用Kingview 6.5組態(tài)軟件，對傳送到監控中心的信號進(jìn)行監控管理。

6 小結

　　基于嵌入式PC模塊與GPRS通訊網(wǎng)絡(luò )構建遠程監控與數據采集系統，與傳統的有線(xiàn)或點(diǎn)對點(diǎn)無(wú)線(xiàn)遠程監控與數據采集系統相比，具有成本低、可靠性高、不受惡劣氣候影響等優(yōu)點(diǎn)。該系統適用于油田、礦山等大型企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的集中監控與管理，因此，其具有實(shí)際應用價(jià)值。