GPRS油田油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案

GPRS油田油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案

一、項目背景
油田是一個以油氣生產(chǎn)為主，集勘探、開發(fā)、施工作業(yè)、后勤輔助生產(chǎn)、多種經(jīng)營、社會化服務為一體的，專業(yè)門類齊全的國有特大型企業(yè)。油田的勘探、鉆井、測井、錄井等是野外作業(yè)，流動性強，點多、分散、距離長，施工現(xiàn)場與公司之間的信息交流長期以來沒有好的解決方案。油田管理層十分重視油田信息化建設，明確提出了未來一個時期油田信息化建設的具體目標。
借助“油井數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)”，管理人員足不出戶就可以通過該系統(tǒng)隨時觀測到油井的生產(chǎn)狀況。油井工作的相關數(shù)據(jù)每隔兩小時傳輸一次，機井一旦出現(xiàn)故障，示意圖就會標示感嘆號，維護人員就能夠在最短的時間內(nèi)趕到現(xiàn)場，及時排除故障。以前，采油測試工要到每個現(xiàn)場進行測試，費時費力不說，對每口井的工作狀態(tài)也很難把握，有時一口井發(fā)生故障，往往許多天后才發(fā)現(xiàn)。
二、GPRS方案的優(yōu)勢
油田工作環(huán)境惡劣，雷擊、地震及人為破壞等時有發(fā)生，怎樣把油井運行的相關數(shù)據(jù)傳送到中心控制室一直是個難題。以前，油田曾采用微波、數(shù)傳電臺的方式采集數(shù)據(jù)，但實際使用過程中，效果不理想，高成本的投入和頻繁的維護讓采油單位不堪重負。引入了GPRS鉆井數(shù)據(jù)上報系統(tǒng)之后，通過固定在機架上的傳感器，管理人員可以及時了解各個機井的工作壓力、采油時電壓、蒸汽溫度等數(shù)據(jù)，從而確保了油井的安全運轉(zhuǎn)。
油田還可依托GPRS/GSM網(wǎng)絡，實現(xiàn)了抄表自動化、精確化。用電控制中心對油廠用電的運行狀態(tài)可以通過電子顯示屏進行監(jiān)控，每個控制點將用電狀態(tài)以短信息的形式及時傳送到控制中心，這樣就可以自動、高效、及時地掌握油田用電情況，自動生成配電計劃，實行科學的電力營銷和管理。這套裝置克服了以前人工抄表準確率低、費時費力、缺少集中有效的管理的弊端，解決了生產(chǎn)的后顧之憂。
三、解決方案介紹
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、油田信息采集點：采用廈門宇能科技有限公司的YN2010 GPRS透明無線數(shù)據(jù)傳輸終端，通過RS232/RS485/TTL與油田設備采集點連接，接入移動公司為油田中心站提供的專用的GPRS網(wǎng)絡,網(wǎng)絡對油田信息采集點的接入地點、時間、數(shù)量沒有限制可以隨時增減。可以滿足山區(qū)、偏遠地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
2、油田中心站：本系統(tǒng)中網(wǎng)絡代理服務器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP， GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會根據(jù)預先設定在其內(nèi)部的IP地址來主動訪問網(wǎng)絡代理服務器，通過代理服務器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時，它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡代理服務器端口，通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個應答式的通訊流程，當油田信息采集點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

（二）產(chǎn)品特性
油田信息采集傳輸系統(tǒng)采用YN2010 GPRS DTU。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)品支持各種行業(yè)應用，如實現(xiàn)信用卡實時認證、POS機的遠程控制維護、遠程業(yè)務點接入等。在油田信息采集傳輸系統(tǒng)方案中，YN2010 GPRS DTU可通過外置或嵌入方式與油田信息采集點設備連接。
1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、TTL。
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng)。
5、透明數(shù)據(jù)傳輸：YN2010EP-DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，為用戶的數(shù)據(jù)設備提供透明傳輸通道；
6、自動撥號連接：YN2010EP-DTU可配置上電自動撥號上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡，同時支持用戶端發(fā)起命令連接或遠程喚醒連接；
7、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡無法連接時可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道；
8、短信息遠程維護功能；
9、實時監(jiān)測網(wǎng)絡連接情況，掉線自動重撥功能；
10、提供主副IP及動態(tài)域名解析；
11、心跳報告時間間隔用戶可設定；
12、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設定；
13、支持VPN安全功能。
14、安裝靈活、使用方便、可靠。
（三）系統(tǒng)功能
1、數(shù)據(jù)檢測功能：自動監(jiān)測、記錄采油設備上的電壓、電流、電度、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報警等數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)的格式為模擬、數(shù)字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。
2、數(shù)據(jù)共享功能：所測數(shù)據(jù)以及采油設備的工作狀態(tài)可以傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上，實現(xiàn)多方遠程數(shù)據(jù)共享。
3、顯示功能：總流程顯示、分組流程顯示、全部數(shù)據(jù)列表、分組數(shù)據(jù)列表、單個儀表歷史數(shù)據(jù)列表，對于日、月、年顯示、故障列表顯示。
4、輔助分析功能：及時發(fā)現(xiàn)停電、缺相、油管堵塞、盜油、液面過低、配重不平衡等異常情況。
5、報警功能：如果檢測值超過設定范圍，即聲光告警，并能在屏幕上顯示出現(xiàn)問題的儀表名稱以及參數(shù)超出的范圍，若有多個數(shù)據(jù)報警，將按順序顯示超值列表。
6、權(quán)限設置功能：權(quán)限設置分一般操作員、管理員、超級系統(tǒng)管理三種。利用輸入用戶名和密碼加以限制
（四）安全措施
本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經(jīng)過Radius服務器的認證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡服務質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離，可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。
5、網(wǎng)絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網(wǎng)絡鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論
該監(jiān)控系統(tǒng)中，使用組態(tài)軟件和GPRS無線數(shù)傳終端，系統(tǒng)無線遙測遙控主機（RTU）將檢測到的單口采油井的現(xiàn)場狀態(tài)，通過無線方式傳送給監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間，極大的提高了生產(chǎn)效率，同時系統(tǒng)的性價比特高。另外，本系統(tǒng)還非常適合輸油管漏油，盜油監(jiān)測，在多家采油場中使用，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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一、項目背景
油田是一個以油氣生產(chǎn)為主，集勘探、開發(fā)、施工作業(yè)、后勤輔助生產(chǎn)、多種經(jīng)營、社會化服務為一體的，專業(yè)門類齊全的國有特大型企業(yè)。油田的勘探、鉆井、測井、錄井等是野外作業(yè)，流動性強，點多、分散、距離長，施工現(xiàn)場與公司之間的信息交流長期以來沒有好的解決方案。油田管理層十分重視油田信息化建設，明確提出了未來一個時期油田信息化建設的具體目標。
借助“油井數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)”，管理人員足不出戶就可以通過該系統(tǒng)隨時觀測到油井的生產(chǎn)狀況。油井工作的相關數(shù)據(jù)每隔兩小時傳輸一次，機井一旦出現(xiàn)故障，示意圖就會標示感嘆號，維護人員就能夠在最短的時間內(nèi)趕到現(xiàn)場，及時排除故障。以前，采油測試工要到每個現(xiàn)場進行測試，費時費力不說，對每口井的工作狀態(tài)也很難把握，有時一口井發(fā)生故障，往往許多天后才發(fā)現(xiàn)。
二、GPRS方案的優(yōu)勢
油田工作環(huán)境惡劣，雷擊、地震及人為破壞等時有發(fā)生，怎樣把油井運行的相關數(shù)據(jù)傳送到中心控制室一直是個難題。以前，油田曾采用微波、數(shù)傳電臺的方式采集數(shù)據(jù)，但實際使用過程中，效果不理想，高成本的投入和頻繁的維護讓采油單位不堪重負。引入了GPRS鉆井數(shù)據(jù)上報系統(tǒng)之后，通過固定在機架上的傳感器，管理人員可以及時了解各個機井的工作壓力、采油時電壓、蒸汽溫度等數(shù)據(jù)，從而確保了油井的安全運轉(zhuǎn)。
油田還可依托GPRS/GSM網(wǎng)絡，實現(xiàn)了抄表自動化、精確化。用電控制中心對油廠用電的運行狀態(tài)可以通過電子顯示屏進行監(jiān)控，每個控制點將用電狀態(tài)以短信息的形式及時傳送到控制中心，這樣就可以自動、高效、及時地掌握油田用電情況，自動生成配電計劃，實行科學的電力營銷和管理。這套裝置克服了以前人工抄表準確率低、費時費力、缺少集中有效的管理的弊端，解決了生產(chǎn)的后顧之憂。
三、解決方案介紹
（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、油田信息采集點：采用廈門宇能科技有限公司的YN2010 GPRS透明無線數(shù)據(jù)傳輸終端，通過RS232/RS485/TTL與油田設備采集點連接，接入移動公司為油田中心站提供的專用的GPRS網(wǎng)絡,網(wǎng)絡對油田信息采集點的接入地點、時間、數(shù)量沒有限制可以隨時增減。可以滿足山區(qū)、偏遠地區(qū)和跨地區(qū)接入的需求。
2、油田中心站：本系統(tǒng)中網(wǎng)絡代理服務器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP， GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會根據(jù)預先設定在其內(nèi)部的IP地址來主動訪問網(wǎng)絡代理服務器，通過代理服務器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護接入的每個終端的IP地址和ID號，當主站要向某個監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時，它會根據(jù)IP地址和ID號來找到對應的終端，將命令下發(fā)到該終端，終端響應后通過GRPS數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡代理服務器端口，通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個應答式的通訊流程，當油田信息采集點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

（二）產(chǎn)品特性
油田信息采集傳輸系統(tǒng)采用YN2010 GPRS DTU。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)品支持各種行業(yè)應用，如實現(xiàn)信用卡實時認證、POS機的遠程控制維護、遠程業(yè)務點接入等。在油田信息采集傳輸系統(tǒng)方案中，YN2010 GPRS DTU可通過外置或嵌入方式與油田信息采集點設備連接。
1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、TTL。
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng)。
5、透明數(shù)據(jù)傳輸：YN2010EP-DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，為用戶的數(shù)據(jù)設備提供透明傳輸通道；
6、自動撥號連接：YN2010EP-DTU可配置上電自動撥號上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡，同時支持用戶端發(fā)起命令連接或遠程喚醒連接；
7、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡無法連接時可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道；
8、短信息遠程維護功能；
9、實時監(jiān)測網(wǎng)絡連接情況，掉線自動重撥功能；
10、提供主副IP及動態(tài)域名解析；
11、心跳報告時間間隔用戶可設定；
12、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設定；
13、支持VPN安全功能。
14、安裝靈活、使用方便、可靠。
（三）系統(tǒng)功能
1、數(shù)據(jù)檢測功能：自動監(jiān)測、記錄采油設備上的電壓、電流、電度、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報警等數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)的格式為模擬、數(shù)字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。
2、數(shù)據(jù)共享功能：所測數(shù)據(jù)以及采油設備的工作狀態(tài)可以傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上，實現(xiàn)多方遠程數(shù)據(jù)共享。
3、顯示功能：總流程顯示、分組流程顯示、全部數(shù)據(jù)列表、分組數(shù)據(jù)列表、單個儀表歷史數(shù)據(jù)列表，對于日、月、年顯示、故障列表顯示。
4、輔助分析功能：及時發(fā)現(xiàn)停電、缺相、油管堵塞、盜油、液面過低、配重不平衡等異常情況。
5、報警功能：如果檢測值超過設定范圍，即聲光告警，并能在屏幕上顯示出現(xiàn)問題的儀表名稱以及參數(shù)超出的范圍，若有多個數(shù)據(jù)報警，將按順序顯示超值列表。
6、權(quán)限設置功能：權(quán)限設置分一般操作員、管理員、超級系統(tǒng)管理三種。利用輸入用戶名和密碼加以限制
（四）安全措施
本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經(jīng)過Radius服務器的認證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡服務質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離，可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。
5、網(wǎng)絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網(wǎng)絡鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論
該監(jiān)控系統(tǒng)中，使用組態(tài)軟件和GPRS無線數(shù)傳終端，系統(tǒng)無線遙測遙控主機（RTU）將檢測到的單口采油井的現(xiàn)場狀態(tài)，通過無線方式傳送給監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間，極大的提高了生產(chǎn)效率，同時系統(tǒng)的性價比特高。另外，本系統(tǒng)還非常適合輸油管漏油，盜油監(jiān)測，在多家采油場中使用，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。