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赛远工业无线通讯在石油抽油机上信号采集的应用

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摘要:本文论述了在数字化油田过程中的无线通讯系统的特点,如何保障了稳定性、可靠性,低频窄带和高频宽带的无线电不同特点,以及赛远的工业无线通讯模块的应用拓扑。

关键词:抽油机       工业无线通讯    窄带低频     数字化油田 物联网通讯层

 

Abstract: This paper discusses the characteristics of wireless communication system in Digital Oilfield in the process of how to guarantee the stability, reliability, different characteristics of low frequency, radio narrowband and broadband high frequency, and the application of topology of Futurelooks’s industrial wireless communication module.

Keywords: Oil pumping machine   Industrial wireless communication       Narrow-band low-frequency       Digital Oilfield IOT communication layer

一、                       前言

现代电子技术和通讯技术在大型油田上的应用,使得无线控制技术在行业上得以充份的应用实现。本文探讨赛远工业无线网络产品在数字化油田的信号的采集、监控、控制过程中,系统的特点和价值。无线网络技术的应用能大大提高石油采集和输送过程中的实时性、准确性,为实现数字化油田提供稳定可靠的传输层系统解决方案。

抽油机整体工作图

二、                       应用

以辽河油田为例,抽油机分散的分布在广大的油田上面,以前控制室通过布线的方式连接到油田各个抽油机控制器上。但是辽河油田处于东北地区,气温极其寒冷,布线非常麻烦,在如此恶劣的环境下,电线老化很快,因此采用布线的方式花费的人力物力成本非常高,对于有线电缆的维护压力也很大。同时,对于各个抽油机上的数据采用人工抄录的方式。人工抄录数据方式需要大量的人力成本,数据较为滞后,易出差错,对于石油产量实时准确的统计带来误差

为进一步提高抽油机采油系统效率,节约能源,降低开采成本,面对以上棘手的问题,近年来,随着无线通讯技术的进步和网络技术的发展,无线通讯传输方式以其操作简单、无后续维护成本、稳定可靠、优良的性能价格比得到迅速发展。

目前WIFI、蓝牙技术等工业高频无线通讯技术都发展得较成熟,在可对视和天气良好的情况下,信号稳定可靠,但遇到中间有障碍物阻挡或者阴雨天的水雾形成的阻挡,高频微波被吸收得比较多,而且高频的特性决定了不能进行衍射,所以只能做好信号更加密集的覆盖才能完成该系统,由此产生的造价过高。在无人化值守的场合,需要传输视频信号,高频的特点能够显现。工业数据在高频传输稳定的情况下,可以和视频信号一起传输,但最适合的还是通过低频方式进行传输较为稳定。

无线电类别

433-MHz 的特定小功率

2.4-GHz  SS 无线电

许可应用

不需要

不需要

特征

能够轻松衍射,从而使无线电波轻松穿过障碍物。电解能力高,因此无线设备之间的距离较长。速度

电波传播几乎呈直线形,因此如果有障碍物,传播状况很糟。 电解能力高,因此无线设备之间的距离较长。速度很快

频率

433-MHz 带区

2.4-GHz 带区

输出

100 mW

100 mW/MHz

距离

100  300 m

60  100 m

速度

19.2k bit/s

最大 108 Mbit/s

用途

低速传送遥测计/遥控,在电表远程抄送方面广泛应用

高速数据传送无线局域网,同频段的为微波,蓝牙

低频和高频无线电的对比


采用赛远工业无线窄带低频传输模块SY-S72可以很好地避免上述高频通讯带来的问题。各个抽油机通过赛远工业无线通讯模块SY-S72,将抽油机的信息无线实时传输给中控室工控机。

结合油田的特点,油田抽油机多,分布分散,在中控室的软件和无线通讯模块配置为:

ü       赛远工业网络无线通讯模块SY-S72

ü       易控组态软件INSPEC

每个抽油机的配置(以西门子S7-200为例):

ü       赛远工业网络无线通讯模块SY-S72

ü       可编程控制器PLC S7-224XP

通过西门子PPI协议,组成一个工业无线通讯网络,实现中控室与抽油机机之间的内部协议通讯,易控组态软件直接具有PPI的驱动,在西门子S7-200内部,不需要写任何一句关于通讯的程序,通过直接PPI的无线通讯模块,即可实现中控对抽油机的信号的实时、可靠、有效地采集、传输、控制。

三、                       方案拓扑和产品

无线模块在抽油机上的安装

 

赛远工业无线通讯方案拓扑图

 

赛远工业无线通讯模块采用窄带低频方式进行无线通讯,赛远无线产品最多可用64个信道,即在相同环境下,可以采用多信道方式组网,组成不同频不干扰的多个信道网络。窄带低频传输,不同于宽带高频传输方式,具有衍射能力强,占用带宽小,不容易受到同频干扰等特点,在有障碍物、雨天等外接环境影响较大的情况下,具有很大的优越性。

 赛远工业无线通讯模块SY-S72具有工业等级,工作温度从-35摄氏度到75摄氏度,抗干扰强,可对视时最远可传输十公里,在有遮挡的情况下,衍射能力强,实时ms级别响应,支持西门子S7-200内部PPI协议、MODBUSASCII等多种协议,性能稳定。

四、                       采油信号采集和监控在上位组态的实现

组态软件,又称组态监控软件系统软件。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广,可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在石油采集工程中,西门子S7-200PLC采集到的信息通过赛远工业无线通讯模块SY-S72传递到中控室,在中控室上位机组态,实现对数据的监控。实时了解各个油田的准确信息,为油田的决策提供精准的依据。

以下是石油采集中各种数据采集、监控在辽河油田的实现:

            

4   系统登录画面

 

     

油田监控管理平台

 

 

6   油井监控

 

7   采油量分析

8   报警管理

 

        通过整个系统,在上位机组态画面中可以实时了解各个油井的准确信息。节省了油井管理的人力物力,实现对油田的数字化管理。

五、                       结论

经过在辽河油田现场三年多来的多批次批量使用,解决了油田布线、人工采集数据的麻烦,节省了大量的人力物力成本。在现场使用的无线通讯频段,由于每个信道占用带宽只有几十K,不容易受到同频干扰,误码率极低,保证了工业数据传输的稳定和准确性,在上位机易控组态软件中,轻松完成通讯,在PLC  S7-200那边不需要编写任何程序,使用简单,并大大降低了设备的维修费用、备件费用和人工费用,创造了良好的经济效益。

 

参考文献:

[1] 西门子(中国)有限公司 自动化与驱动集团,深入浅出S7-200 PLC(3),北京:北京航空航天大学出版社,2007

[2] 深圳市赛远自动化系统有限公司,工业无线通讯模块SY-S72使用手册,2010

 本文发表在《PLC&FA》2013年12月。

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