嵌入式油井智能監(jiān)控系統(tǒng)*

李海燕 劉廣濤 煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院

嵌入式油井智能監(jiān)控系統(tǒng)*

李海燕 劉廣濤 煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院

油井?dāng)?shù)字監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)單元采用的是星型/總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，嵌入式油井智能監(jiān)控系統(tǒng)由饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和終端用戶線3部分組成。嵌入式智能系統(tǒng)的OLT和ONU之間最大距離可以達(dá)到20 km，如果再采用有源中繼器進(jìn)行調(diào)制，距離還可以再擴(kuò)展一些。ONU采用的是全方位油井監(jiān)控系統(tǒng)的方案，并且還采用了以太網(wǎng)協(xié)議，在管理終端用戶與監(jiān)測(cè)設(shè)備間的高寬帶和低寬帶之間進(jìn)行雙向定位勘測(cè)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)層次拓?fù)渲袛?shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的交換功能。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；嵌入式智能技術(shù)；監(jiān)控裝置

油井?dāng)?shù)字監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了局域網(wǎng)、城域網(wǎng)到如今的廣域網(wǎng)的發(fā)展歷程，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代油井智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)，每個(gè)終端用戶之間可以建立大型無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部資源共享。在局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不同的IP地址之間的終端設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，降低檢測(cè)設(shè)施時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)性。

1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

油井?dāng)?shù)字監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)單元采用的是星型/總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。嵌入式油井智能監(jiān)控系統(tǒng)由饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和終端用戶線3部分組成。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)服務(wù)區(qū)（SA）內(nèi)基本保留著傳統(tǒng)CWZ網(wǎng)的樹型—分支型數(shù)字網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)雙向監(jiān)測(cè)，當(dāng)油田受到外界電磁信號(hào)干擾時(shí)，嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)仍能在數(shù)字傳輸信道內(nèi)完成數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

為了增大油田監(jiān)控系統(tǒng)傳輸帶寬，在嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)增加了一個(gè)EPON交換機(jī)接口的網(wǎng)關(guān)，設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)屬于智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口和一組開關(guān)連接[1]。這種裝置是把油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)開放的接口集成使用，如V3系列接口，可以去除嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的主線架，并實(shí)現(xiàn)油田內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理的功能；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了油井監(jiān)測(cè)和控制的全自動(dòng)化功能，終端設(shè)備內(nèi)的單元接口在組建模式上采用網(wǎng)絡(luò)接口單元（NIU）。該裝置由微處理器、存儲(chǔ)器和控制邏輯等構(gòu)成一個(gè)智能化的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器，它不僅能夠訪問(wèn)油田內(nèi)部的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也可以設(shè)置HDT數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)牟ㄐ巍＝涌趩卧W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)軟件可以促進(jìn)油田內(nèi)部信息的共享，改變了原有裝置的功能和服務(wù)配置，具有較大的靈活性。

圖1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

增加帶寬的關(guān)鍵是增加局用數(shù)字終端（HDT）、網(wǎng)絡(luò)接口單元（NIU）和光纖節(jié)點(diǎn)（FN），局用數(shù)字終端主要完成傳輸信道所需的通道信令編碼功能；網(wǎng)絡(luò)接口單元主要完成CKF系統(tǒng)和終端設(shè)備之間的接口功能；光纖節(jié)點(diǎn)主要完成油田光纖配線有關(guān)接口卡槽設(shè)備的連接，具有雙向光/射頻信號(hào)轉(zhuǎn)移和射頻放大功能，從而提高了監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行效率。

2 嵌入式智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，無(wú)源傳輸方式，能夠提供多種業(yè)務(wù)。目前，此系統(tǒng)在油田行業(yè)的占有率達(dá)到95%以上，由于經(jīng)濟(jì)而高效的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將成為連接油田監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中最有效的監(jiān)測(cè)方式。

由OLT、ONU、POS機(jī)組成了一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。OLT在機(jī)房的中心，ONU在網(wǎng)絡(luò)接口單元或附近。這里的POS（無(wú)源光分路器）是用于連接OLT和ONU的無(wú)源器件，它能夠發(fā)出下行和上行數(shù)據(jù)。OLT是一個(gè)交換機(jī)或路由器，是一個(gè)多業(yè)務(wù)平臺(tái)。它提供了無(wú)源光分路器接口，根據(jù)PON城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)目前的發(fā)展趨勢(shì)，OLT提供了大量的10 Gbit/s以太網(wǎng)接口以及WDM傳輸支持[2-3]。

圖2 嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

嵌入式智能系統(tǒng)的OLT和ONU之間最大距離可以達(dá)到20 km，如果再采用有源中繼器進(jìn)行調(diào)制，距離還可以再擴(kuò)展一些。ONU采用的是全方位油井監(jiān)控系統(tǒng)的部署方案，并且還采用了以太網(wǎng)協(xié)議，在管理終端用戶與監(jiān)測(cè)設(shè)備間的高寬帶和低寬帶之間進(jìn)行雙向定位勘測(cè)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)層次拓?fù)渲袛?shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的交換功能。這種交換層次類型還可以通過(guò)為多個(gè)油井終端用戶進(jìn)行層疊，使多路信號(hào)進(jìn)行復(fù)用進(jìn)而提高共享資源帶寬。目前眾多的監(jiān)控系統(tǒng)使用的都是這個(gè)協(xié)議，特別是在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中通常需要協(xié)議之間的不斷轉(zhuǎn)換，用戶在透明的傳輸終端接收數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，除了光網(wǎng)絡(luò)單元外還支持其他的信令協(xié)議，并且不會(huì)加大對(duì)設(shè)計(jì)和操作要求的復(fù)雜程度。使正向信道中卷積編碼信道帶寬存儲(chǔ)在更大容量的光網(wǎng)絡(luò)單元中，實(shí)現(xiàn)交織信道的重復(fù)利用，縮短OLT到ONU之間的往返距離。在OLT設(shè)備中有1個(gè)監(jiān)控傳輸接口、2個(gè)E1/T1傳輸接口和1個(gè)以太網(wǎng)發(fā)送接口。當(dāng)然，在油井監(jiān)控系統(tǒng)的接入方式中，可以把監(jiān)控傳輸接口和以太網(wǎng)發(fā)送接口看成是一條被經(jīng)過(guò)多次集成壓縮的虛電路，此時(shí)不需要鏈路數(shù)據(jù)交換功能。

為了達(dá)到足夠的帶寬，使用戶可以對(duì)油井進(jìn)行良好的監(jiān)控和管理，智能遠(yuǎn)程系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分配控制所需的帶寬。遠(yuǎn)程服務(wù)分配控制（Remote Provisioning）過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)管理員通過(guò)對(duì)中央管理系統(tǒng)（CentralManagement System）管理OLT、ONU和所有其他的設(shè)備，還可以為用戶提供管理CPE（終端用戶）的服務(wù)業(yè)務(wù)，該系統(tǒng)就可以根據(jù)用戶的需求分配帶寬。

3 結(jié)語(yǔ)

嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)τ吞锇踩珕?wèn)題實(shí)施全方位控制，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行解決。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)油田安全狀況，憑借一個(gè)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理仍然是不完夠的，需要相關(guān)部門重視油田監(jiān)控工作，加大力度開發(fā)新型監(jiān)控系統(tǒng)，切實(shí)提高技術(shù)人員專業(yè)素養(yǎng)，與時(shí)代的步伐相一致，才能促進(jìn)油田生產(chǎn)的發(fā)展。

[1]趙俊平．油氣鉆井工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析與管理研究[D]．大慶：大慶石油院，2007.

[2]桑海泉，康榮學(xué)．基于無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的油田安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009（7）：102-109.

[3]呂治忠，陳燕紅，鐘功祥，等．試油實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)[J]．油氣田地面工程，2011，30（1）：32-34.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.051

基金論文：山東省高等學(xué)校科技計(jì)劃項(xiàng)目（J12LN74）。