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GPRS油田油井远程监控系统方案

作者：XMYN 作者单位：厦门宇能科技有限公司 2008年11月5日

    GPRS油田油井远程监控系统方案
    一、项目背景
    油田是一个以油气生产为主，集勘探、开发、施工作业、后勤辅助生产、多种经营、社会化服务为一体的，专业门类齐全的国有特大型企业。油田的勘探、钻井、测井、录井等是野外作业，流动性强，点多、分散、距离长，施工现场与公司之间的信息交流长期以来没有好的解决方案。油田管理层十分重视油田信息化建设，明确提出了未来一个时期油田信息化建设的具体目标。
    借助“油井数据监控系统”，管理人员足不出户就可以通过该系统随时观测到油井的生产状况。油井工作的相关数据每隔两小时传输一次，机井一旦出现故障，示意图就会标示感叹号，维护人员就能够在最短的时间内赶到现场，及时排除故障。以前，采油测试工要到每个现场进行测试，费时费力不说，对每口井的工作状态也很难把握，有时一口井发生故障，往往许多天后才发现。
    二、 GPRS方案的优势
    油田工作环境恶劣，雷击、地震及人为破坏等时有发生，怎样把油井运行的相关数据传送到中心控制室一直是个难题。以前，油田曾采用微波、数传电台的方式采集数据，但实际使用过程中，效果不理想，高成本的投入和频繁的维护让采油单位不堪重负。引入了GPRS钻井数据上报系统之后，通过固定在机架上的传感器，管理人员可以及时了解各个机井的工作压力、采油时电压、蒸汽温度等数据，从而确保了油井的安全运转。
    油田还可依托GPRS/GSM网络，实现了抄表自动化、精确化。用电控制中心对油厂用电的运行状态可以通过电子显示屏进行监控，每个控制点将用电状态以短信息的形式及时传送到控制中心，这样就可以自动、高效、及时地掌握油田用电情况，自动生成配电计划，实行科学的电力营销和管理。这套装置克服了以前人工抄表准确率低、费时费力、缺少集中有效的管理的弊端，解决了生产的后顾之忧。
    三、解决方案介绍
    （一）系统结构

    1、油田信息采集点：采用厦门宇能科技有限公司的YN2110 GPRS透明无线数据传输终端，通过RS232/RS485/TTL与油田设备采集点连接，接入移动公司为油田中心站提供的专用的GPRS网络,网络对油田信息采集点的接入地点、时间、数量没有限制可以随时增减。可以满足山区、偏远地区和跨地区接入的需求。
    2、油田中心站：本系统中网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INTELNET公网连接，采用公网固定IP， GPRS数据传输终端上电后，它会根据预先设定在其内部的IP地址来主动访问网络代理服务器，通过代理服务器和监控中心建立TCP/IP链路。监控中心主站本身维护接入的每个终端的IP地址和ID号，当主站要向某个监控终端提出数据请求时，它会根据IP地址和ID号来找到对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过GRPS数据传输终端把数据发到网络代理服务器端口，通过端口影射转发到监控中心主站，即完成了一个应答式的通讯流程，当油田信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。
    （二）产品特性
    油田信息采集传输系统采用YN2110 GPRS DTU。产品基于中国移动的GPRS网络，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS数据业务实现无线联网，产品支持各种行业应用，如实现信用卡实时认证、POS机的远程控制维护、远程业务点接入等。在油田信息采集传输系统方案中，YN2110 GPRS DTU可通过外置或嵌入方式与油田信息采集点设备连接。
    1、支持900／1800／1900MHz三频GSM/GPRS。
    2、接口： RS232、RS485、TTL。
    3、系统理论传输速率171Kbps，实际传输速率40Kbps。
    4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系统。
    5、透明数据传输：YN2110EP-DTU内嵌TCP/IP协议，为用户的数据设备提供透明传输通道；
    6、自动拨号连接：YN2110EP-DTU可配置上电自动拨号上网、连接网络，同时支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接；
    7、短信息备用数据通道：在GPRS网络无法连接时可启用短信作为备用数据传输通道；
    8、短信息远程维护功能；
    9、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能；
    10、提供主副IP及动态域名解析；
    11、心跳报告时间间隔用户可设定；
    12、数据通信帧长度用户可设定；
    13、支持VPN安全功能。
    14、安装灵活、使用方便、可靠。
    （三）系统功能
    1、数据检测功能：自动监测、记录采油设备上的电压、电流、电度、温度、压力、流量、液位、界面、含水、示功图、红外报警等数据。采集数据的格式为模拟、数字和串行通信口。还能完成流量和电度的积算。
    2、数据共享功能：所测数据以及采油设备的工作状态可以传输到局域网上，实现多方远程数据共享。
    3、显示功能：总流程显示、分组流程显示、全部数据列表、分组数据列表、单个仪表历史数据列表，对于日、月、年显示、故障列表显示。
    4、辅助分析功能：及时发现停电、缺相、油管堵塞、盗油、液面过低、配重不平衡等异常情况。
    5、报警功能：如果检测值超过设定范围，即声光告警，并能在屏幕上显示出现问题的仪表名称以及参数超出的范围，若有多个数据报警，将按顺序显示超值列表。
    6、权限设置功能：权限设置分一般操作员、管理员、超级系统管理三种。利用输入用户名和密码加以限制
    （四）安全措施
    本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
    数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Radius服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高、稳定可靠。对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。
    1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。
    2、利用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。
    3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码，其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
    4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。
    5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。


    四、结论
    该监控系统中，使用组态软件和GPRS无线数传终端，系统无线遥测遥控主机（RTU）将检测到的单口采油井的现场状态，通过无线方式传送给监控中心，从而实现各单井状态的集中监控，减少人员投入，有力的缩短油井故障发现和排除时间，极大的提高了生产效率，同时系统的性价比特高。另外，本系统还非常适合输油管漏油，盗油监测，在多家采油场中使用，取得了较好的经济效益和社会效益。