北斗衛星通訊技術在油田數據傳輸中的應用

楊越

[摘? ? 要] 油田分布區域廣、地形復雜。通過北斗衛星通訊數據傳輸系統，運用PLC邏輯控制技術、衛星通信技術，實現數據傳輸至油田SCADA系統（數據采集與監視控制系統）可真正實現超遠距離的SCADA應用。文章以某油田為例，運用北斗衛星將偏遠地區的數據采集回傳，實現數據傳輸不受地形、天氣等的影響，其思路可供其他油田參考借鑒。

[關鍵詞]? 北斗衛星;油田;傳輸;數據應用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 11. 074

[中圖分類號] TE345;TN927? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）11- 0172- 02

1? ? ? 前? ? 言

油田分布區域廣而且地形復雜。生產數據傳輸網絡主要分為有線網絡及無線網絡，無線網絡類型主要由WIFI、無線網橋和4G網絡構成。目前存在一些地區邊遠、地勢惡劣、沒有網絡覆蓋的井區，生產數據無法回傳，需要依靠人工往返井場抄錄數據，巡檢周期長，工作量大，費時費力。迫切需要一種不受地形、天氣影響，造價便宜使用方便的無線數據傳輸方法，解決數據遠傳集中監控的需求。

油田采用衛星通訊數據傳輸系統，運用PLC邏輯控制技術及衛星通信技術，將現場采集數據傳輸至中控室SCADA系統。衛星通訊技術的應用，使油區數據傳輸全覆蓋，無盲點，不再受傳輸距離、地理環境、天氣條件等不利因素的影響，彌補了光纖傳輸、數傳電臺、無線網橋的缺陷。

2? ? ? 北斗衛星建設總體思路

北斗衛星的簡短通信功能可以實現用戶與地面控制中心、用戶與用戶之間的雙向數據傳輸。用戶終端通信工作在L/S波段，并且具有多個業務并發執行的能力，可以在3 s內將用戶監測站的數據發送到用戶數據中心站。數據傳輸的形式為超長報文，并且不需要申請專用信道，一般用戶一次可傳輸36個漢字，經核準的用戶可以一次傳輸使用連續傳送方式，最多可傳送個120漢字[1]。

整個系統在縱向上可分為三層，即：設備傳輸層、采集層、應用層。

設備傳輸層——采用北斗衛星傳輸。傳遞采用終端與衛星之間雙向通信的交互方式。

采集層——系統采用PLC控制器采集現場儀表的數據。

應用層——IFIX組態軟件進行數據集中處理，在中控室SCADA系統中進行界面遠程控制，采用目前流行的多層開發模式進行信息采集與發布;使用瀏覽器/服務器的方式同步實現數據網上發布。

總體設計思路如圖1所示。

3? ? ? 北斗衛星建設具體設計

3.1? ?數據鏈路設計

（1）通過采集現有控制器內數據，包括運行狀態、壓力、電量參數、變頻器參數等。

（2）采集傳輸終端通過RS485接口（Modbus RTU），采集現場PLC控制器。

（3）中心站通過衛星接收數據，并提供以太網接口（Modbus TCP協議）[2]。

其流程如圖2所示。

3.2? ?通訊基站建設

通用型北斗二代短報文、北斗/GPS通信定位終端一體機（以下簡稱一體機）專門為數據傳輸而研制的機型，采用收發天線、模塊、核心主板一體化設計，集成了RDSS、RNSS天線、射頻收發電路、基帶電路等[3]。可編程控制器簡稱PLC，是一種數據運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。

3.3? ?PLC與通訊設備的調制

PLC 的基本工作方式是在系統軟件的控制下采用周期工作方式，即掃描工作方。它的操作系統是一個小型的實時軟件，在每次掃描期間，除了讀入各輸入點的狀態，用戶邏輯輸出控制信號以外，還進行故障自診斷和處理與編程器，計算機等的通訊請求等。

西門子編程軟件指令庫中包含專門為Modbus通訊設計的子程序和中斷服務程序，使得通訊簡單易行。在指令樹中找到這些指令，選擇指令時，會有一個或多個相關的子程序自動添加到項目中，由這些程序來管理整個的通訊過程。實現現場控制器通訊協議標準化，將原有的Modbus（支持一個主站）的通訊方式改造為Modbus TCP協議（支持多個主站）。

在水源井內設置1座PLC控制柜， 統一布局在控制柜中。通過對西門子S7-200PLC進行邏輯控制器處理各種指令，通過給定Modbus TCP協議通過485方式將所需數據點傳送衛星通訊模塊，衛星通訊模塊將所接收的數據通過衛星傳送到接收機，接收終端處理后通過交換機接入油田自動化專網。油田SCADA系統通過驅動讀取指定衛星通訊模塊的數據地址讀寫所需的數據和控制點，這就為實現全站“管控一體化”打下堅實基礎。

3.4? ?通訊連續性測試

通訊鏈路通訊連續性測試，如表1所示。

通過對油區A、油區B通訊設備測試、發現衛星通訊效果優秀。完全符合現場設備傳輸需求。

3.5? ?采集數據網上發布

北斗衛星采集數據通過PLC控制器間的通信協議將數據自動采集到SCADA服務器中，并在中控室SCADA系統界面上進行實時顯示。SCADA系統是建立在自動化專網中的系統，只能在專網中進行查看，為了能使自動計量數據在辦公網上實現數據發布，需要將計量的實時數據上傳到自動化Oracle數據庫 [4]。

在服務器上建立自動化系統主數據庫，建立數據庫聯接引用各二級單位實時數據，通過鏈路把歷史數據轉儲到主數據庫上。自動化實時數據通過專用設備轉儲到Oracle關系數據庫中，在數據庫開發方面，大量使用存儲過程和視圖進行數據庫后臺訪問并處理數據計量數據。

系統發布所采用平臺為油田統一的集成運用平臺，通過可視化的定義工具，操作步驟更加簡化，邏輯更加連貫。在遵循定制思想、優化定制流程的前提下，集成平臺以操作可視化、簡捷化、標準化為理念，采用相對簡便、邏輯清晰、所見即所得的操作來完成之前的復雜定制工作，極大地提高了定制工作的效率和準確度。

4? ? ? 北斗衛星推廣應用

4.1? ?推廣情況

按照示范區建設，油田首次采用北斗衛星接入SCADA系統，首次實現了同步衛星數據傳輸，通過在偏遠水源井的成功應用，取得了較好的效果。

4.2? ?應用效果

通過北斗衛星的成功實施應用，實現油田偏遠地區數據的回傳，為企業有質量、有效益的生產提供技術支撐，形成以下效果：

（1）節約成本費用。傳統的光纖通訊單獨架設光纖費用昂貴，若全部偏遠井區用光纖接入，費用需上百萬元;北斗衛星的投用大大減少了員工往返現場的次數，節約車輛費用。衛星通訊覆蓋偏遠井區后，1人可完成所有站庫的監控工作，很大程度上減少一線操作員工數量，節約企業成本。

（2）為偏遠井區的數據采集提供技術支撐，提高管理水平。在中控室就可實現對現場設備的遠程啟停、數據采集、功能設定，實現了油田接轉站的“管控一體化”，提高了管理水平。

（3）數據報警信息遠程監控，降低生產安全風險。夜班巡檢存在人員少，站點多的情況，巡檢工作量大，系統設置報警參數后，報警出現時刻及時通知現場人員采取相應的應急措施，減少現場跑油等現象，有毒有害氣體超標時提示人員嚴禁進入，減少不必要的人員傷害，降低生產安全風險。

主要參考文獻

[1]徐明明.水文測報數據傳輸中的北斗衛星通信技術探討[J].工業技術創新，2016（4）：831-833.

[2]鄧志君，梁松峰，基于RS485接口Modbus協議的PLC與多機通訊[J].微計算機信息，2010（8）：107-108.

[3]王磊，宋蕾.利用北斗短信功能實現海上測量信息的回傳[J].海洋測繪，2011（3）：25-27.

[4]劉霽宇.北斗衛星SCADA通信組網方案[J].黑龍江科技信息，2009（24）：50.