嵌入式的油井監(jiān)控系統(tǒng)設計

張占孝 西安職業(yè)技術學院動漫軟件學院

嵌入式的油井監(jiān)控系統(tǒng)設計

張占孝 西安職業(yè)技術學院動漫軟件學院

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設施主要包括主板、芯片、儲存器、寄存器、CPU與控制器。在油井監(jiān)控反饋處理系統(tǒng)中，通常構建出Oracle空間數(shù)據(jù)庫來為數(shù)據(jù)存儲提供空間索引機制，而這種數(shù)據(jù)庫是基于對象—關系的模式構建。一般油井選用的有線傳輸方式載體為對稱電纜，即將兩根相互絕緣的傳輸導線相互纏繞，構成對稱式電氣回路的傳輸部分。高頻對稱式電纜傳輸可按照線纜內(nèi)部結構劃分的不同，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)中應用范圍最廣。

油井監(jiān)控系統(tǒng)；設計；全方位；工作效率；嵌入式

目前我國油井監(jiān)控系統(tǒng)采用的是全方位監(jiān)測技術，這項技術可以實現(xiàn)對油井各個方位的安全檢查功能。傳統(tǒng)系統(tǒng)只能針對指定區(qū)域進行監(jiān)測，并且存在畫面質(zhì)量低、對油井設備運行參數(shù)監(jiān)測范圍能力差等缺點。而全方位監(jiān)測技術與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，能夠克服這些缺點，不但縮小了檢測盲區(qū)范圍，并且提高了處理速度。

1 硬件設計

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

主板一般安裝在機箱內(nèi)，主要構成是矩形電路板，上面設置了系統(tǒng)的電路部分，一般配備BIOS語音芯片、OSPF接口控制芯片、短接信道卡槽、流量監(jiān)控指示燈等設備。BIOS語音芯片負責傳輸話音，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音芯片，以加寬傳輸信道的對比度，使語音能夠及時傳遞到系統(tǒng)中心。OSPF芯片主要負責系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理工作，利用雙向信息的傳輸方式，可實時對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行處理。信道卡槽主要用于設備與設備之間的連線，使系統(tǒng)彼此之間能夠更好地兼容。流量監(jiān)控指示燈主要負責監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)牧髁浚皶r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，是整個電路系統(tǒng)的載體，承載著系統(tǒng)數(shù)據(jù)運算與處理功能。每一片芯片的構成，都決定了整個系統(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，一種是順序寫入、控制讀出；另一種是控制寫入、順序讀出。當監(jiān)控系統(tǒng)采集到抽樣信息反饋到控制器上處理時會分成32個時隙。TS0用于傳輸信令部分，TS16用于傳輸信道編碼部分，其中TS1復制讀出的內(nèi)容寫入1號單元，TS2復制讀出的內(nèi)容寫入2號單元，以此類推。當匯編的信息達到30時，控制器便開始工作，依次經(jīng)過語音信道、控制信道、控制電路和時鐘控制四部分，最后傳達的信息經(jīng)過有效性篩選，傳送到系統(tǒng)終端用戶，實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的全方位處理。

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

2 軟件設計

嵌入式監(jiān)控的軟件系統(tǒng)采用第三代移動通信中TD—SCDMA中的FDMA與TDMA技術。為了區(qū)分系統(tǒng)中的不同終端，兩種技術以傳輸信道中的頻率和時隙來劃分。FDMA技術是在同一時分復用線上，借助不同的頻率段來區(qū)分不同的用戶終端；而TDMA技術則是通過同一頻率，不同時分復用線來區(qū)分不同的終端用戶。兩者各有各自的特點，由于時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互不干擾[2]。另外，為了加強各個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、延時加大等弊端。

在油井監(jiān)控反饋處理系統(tǒng)中，通常構建出Oracle空間數(shù)據(jù)庫來為數(shù)據(jù)存儲提供優(yōu)秀的空間索引機制，而這種數(shù)據(jù)庫是基于對象—關系的模式構建。Oracle空間數(shù)據(jù)庫的系統(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系，并依靠選擇操作對象和被操作對象來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圖元。先進行數(shù)據(jù)庫的連接，選擇條件關系后進行數(shù)據(jù)查詢和分析，之后設置出必要的變量，以存儲數(shù)據(jù)與獲取目標圖元信息，最后進行書寫關系語句的操作，可得到符合條件的結果，顯示出圖元根源與目標圖元。在處理完畢后，軟件可根據(jù)循環(huán)語句來獲得圖元的地址。

3 纜線設計

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

是平衡的，可增強信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。信號傳輸過程中，可按照結構層次的差異分成低頻對稱式電纜傳輸和高頻對稱式電纜傳輸兩種模式。低頻對稱式傳輸通常只傳輸?shù)皖l的電功率信號，并且每個信道的傳輸設備只能傳輸1路數(shù)據(jù)信號，故每個時隙只能同時傳輸8路數(shù)據(jù)信號[3]。由于這種傳輸模式速率慢，延時較大，因此只適用于短途距離的傳輸。高頻對稱式電纜傳輸可按照線纜內(nèi)部結構劃分的不同，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)中應用范圍最廣。

[1]任旭虎，郭曙光，宋珊珊．基于Linux平臺的油田遠程數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]．儀表技術與傳感器，2006（7）：19-20.

[2]吳愛燕，孟軍英，溫喆．嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與開發(fā)[J]．唐山學院學報，2011（3）：27-29.

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

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.032