嵌入式的油井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張占孝 西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院動(dòng)漫軟件學(xué)院

嵌入式的油井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張占孝 西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院動(dòng)漫軟件學(xué)院

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)施主要包括主板、芯片、儲(chǔ)存器、寄存器、CPU與控制器。在油井監(jiān)控反饋處理系統(tǒng)中，通常構(gòu)建出Oracle空間數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供空間索引機(jī)制，而這種數(shù)據(jù)庫(kù)是基于對(duì)象—關(guān)系的模式構(gòu)建。一般油井選用的有線傳輸方式載體為對(duì)稱電纜，即將兩根相互絕緣的傳輸導(dǎo)線相互纏繞，構(gòu)成對(duì)稱式電氣回路的傳輸部分。高頻對(duì)稱式電纜傳輸可按照線纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分的不同，分為屏蔽式電纜傳輸和非屏蔽式電纜傳輸，其中非屏蔽式電纜傳輸線徑小，因此易于高速信道信息的傳輸，在油井監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣。

油井監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；全方位；工作效率；嵌入式

目前我國(guó)油井監(jiān)控系統(tǒng)采用的是全方位監(jiān)測(cè)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油井各個(gè)方位的安全檢查功能。傳統(tǒng)系統(tǒng)只能針對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且存在畫面質(zhì)量低、對(duì)油井設(shè)備運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)范圍能力差等缺點(diǎn)。而全方位監(jiān)測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，能夠克服這些缺點(diǎn)，不但縮小了檢測(cè)盲區(qū)范圍，并且提高了處理速度。

1 硬件設(shè)計(jì)

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)施主要包括主板、芯片、儲(chǔ)存器、寄存器、CPU與控制器。

主板一般安裝在機(jī)箱內(nèi)，主要構(gòu)成是矩形電路板，上面設(shè)置了系統(tǒng)的電路部分，一般配備BIOS語(yǔ)音芯片、OSPF接口控制芯片、短接信道卡槽、流量監(jiān)控指示燈等設(shè)備。BIOS語(yǔ)音芯片負(fù)責(zé)傳輸話音，因此占用的帶寬要比視頻帶寬多，通常一塊電路板配備兩塊語(yǔ)音芯片，以加寬傳輸信道的對(duì)比度，使語(yǔ)音能夠及時(shí)傳遞到系統(tǒng)中心。OSPF芯片主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理工作，利用雙向信息的傳輸方式，可實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。信道卡槽主要用于設(shè)備與設(shè)備之間的連線，使系統(tǒng)彼此之間能夠更好地兼容。流量監(jiān)控指示燈主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)牧髁浚皶r(shí)掌握系統(tǒng)變換的參數(shù)[1]。

芯片在嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)中具有輔助作用，是整個(gè)電路系統(tǒng)的載體，承載著系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理功能。每一片芯片的構(gòu)成，都決定了整個(gè)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。根據(jù)芯片在系統(tǒng)主板位置排列次序，可將其分成北橋芯片和南橋芯片。

控制器是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，其傳輸模式分為兩種，一種是順序?qū)懭搿⒖刂谱x出；另一種是控制寫入、順序讀出。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)采集到抽樣信息反饋到控制器上處理時(shí)會(huì)分成32個(gè)時(shí)隙。TS0用于傳輸信令部分，TS16用于傳輸信道編碼部分，其中TS1復(fù)制讀出的內(nèi)容寫入1號(hào)單元，TS2復(fù)制讀出的內(nèi)容寫入2號(hào)單元，以此類推。當(dāng)匯編的信息達(dá)到30時(shí)，控制器便開始工作，依次經(jīng)過(guò)語(yǔ)音信道、控制信道、控制電路和時(shí)鐘控制四部分，最后傳達(dá)的信息經(jīng)過(guò)有效性篩選，傳送到系統(tǒng)終端用戶，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的全方位處理。

隨著硬件系統(tǒng)的不斷升級(jí)，國(guó)內(nèi)油井監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性更趨于完美，這項(xiàng)新技術(shù)不僅能夠提高油區(qū)工作效率，并且能夠帶動(dòng)整個(gè)石油工業(yè)的發(fā)展。

2 軟件設(shè)計(jì)

嵌入式監(jiān)控的軟件系統(tǒng)采用第三代移動(dòng)通信中TD—SCDMA中的FDMA與TDMA技術(shù)。為了區(qū)分系統(tǒng)中的不同終端，兩種技術(shù)以傳輸信道中的頻率和時(shí)隙來(lái)劃分。FDMA技術(shù)是在同一時(shí)分復(fù)用線上，借助不同的頻率段來(lái)區(qū)分不同的用戶終端；而TDMA技術(shù)則是通過(guò)同一頻率，不同時(shí)分復(fù)用線來(lái)區(qū)分不同的終端用戶。兩者各有各自的特點(diǎn)，由于時(shí)隙和信道劃分在不同的層次面上，因此相互之間傳遞信息時(shí)互不干擾[2]。另外，為了加強(qiáng)各個(gè)油井之間的信息交流，油區(qū)可基于VLAN軟件在內(nèi)部組建小型局域網(wǎng)，這種軟件采用的是GSM系統(tǒng)中的FDD（全雙工）模式，即雙方能夠同時(shí)發(fā)送和接收，油井終端用戶采集到的信息可以發(fā)送給另一個(gè)指定的終端用戶，以改良原單工模式中常見的泛洪、通信傳輸線路堵塞、延時(shí)加大等弊端。

在油井監(jiān)控反饋處理系統(tǒng)中，通常構(gòu)建出Oracle空間數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供優(yōu)秀的空間索引機(jī)制，而這種數(shù)據(jù)庫(kù)是基于對(duì)象—關(guān)系的模式構(gòu)建。Oracle空間數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)空間分析內(nèi)容為圖元之間的相交與圖元之間的包含關(guān)系，并依靠選擇操作對(duì)象和被操作對(duì)象來(lái)查找符合條件的圖元。其中圖元相交需要系統(tǒng)獲取圖元根源與目標(biāo)圖元。先進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，選擇條件關(guān)系后進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和分析，之后設(shè)置出必要的變量，以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與獲取目標(biāo)圖元信息，最后進(jìn)行書寫關(guān)系語(yǔ)句的操作，可得到符合條件的結(jié)果，顯示出圖元根源與目標(biāo)圖元。在處理完畢后，軟件可根據(jù)循環(huán)語(yǔ)句來(lái)獲得圖元的地址。

3 纜線設(shè)計(jì)

一般油井選用的有線傳輸方式載體為對(duì)稱電纜，即將兩根相互絕緣的傳輸導(dǎo)線相互纏繞，構(gòu)成對(duì)稱式電氣回路的傳輸部分。在這種有線傳輸模式中，由于傳輸線纜呈對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，可在傳輸過(guò)程中形成回路，每根導(dǎo)線所形成的封閉磁場(chǎng)都會(huì)相互抵消，因此在傳輸光電信號(hào)時(shí)，不會(huì)受到因光電信號(hào)產(chǎn)生的電磁波的干擾。并且對(duì)稱式結(jié)構(gòu)線纜位置固定不變，因此在傳輸過(guò)程中每點(diǎn)所受到的磁場(chǎng)力都

是平衡的，可增強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。信號(hào)傳輸過(guò)程中，可按照結(jié)構(gòu)層次的差異分成低頻對(duì)稱式電纜傳輸和高頻對(duì)稱式電纜傳輸兩種模式。低頻對(duì)稱式傳輸通常只傳輸?shù)皖l的電功率信號(hào)，并且每個(gè)信道的傳輸設(shè)備只能傳輸1路數(shù)據(jù)信號(hào)，故每個(gè)時(shí)隙只能同時(shí)傳輸8路數(shù)據(jù)信號(hào)[3]。由于這種傳輸模式速率慢，延時(shí)較大，因此只適用于短途距離的傳輸。高頻對(duì)稱式電纜傳輸可按照線纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分的不同，分為屏蔽式電纜傳輸和非屏蔽式電纜傳輸，其中非屏蔽式電纜傳輸線徑小，因此易于高速信道信息的傳輸，在油井監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣。

[1]任旭虎，郭曙光，宋珊珊．基于Linux平臺(tái)的油田遠(yuǎn)程數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．儀表技術(shù)與傳感器，2006（7）：19-20.

[2]吳愛燕，孟軍英，溫喆．嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]．唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（3）：27-29.

[3]仇新紅．油田生產(chǎn)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．油氣田地面工程，2013，32（11）：58-59.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.032