【正文】 BU 1 蜂鳴器 驅動引腳 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設 18 GPIO 6 常規(guī)用途 I/O Power On 1 啟動引腳 LED Driver 1 二極 管驅動 引腳 SIM 4 SIM 卡接口 VBATRF 3 電 源 輸入 VBATBB 1 電池輸入 Audio 7 音頻信號接 口 Keypad Interrupt 1 鍵盤中斷 BGND 10 地 ANT 1 天線 M23A GSM/GPRS 模塊支持外部 SIM 卡，可以直接和 的 SIM 連接，模塊能自動檢測和適應 SIM 卡類型。 M23A GSM/GPRS 模塊 主要的性能指標如下： ? 外形尺寸 40，重量 13 克； ? GPRS Class 8 多時隙功能， Class B 操作模式； ? 支持 EGSM900/DCS1800/PCS1900 三個頻段； ? 支持 3V SIM 卡接口； ? 在 GPRS 數(shù)據通信模式下消耗電流最大 280mA； ? 電源電壓范圍 ： 直流 到 ； ? 工作溫度： 20 攝氏度到 60 攝氏度； M23A GSM/GPRS 模塊共有 44 個引腳，通過一個插槽引出。 （ 2） 內置 TCP/IP 協(xié)議 棧的 GPRS 模塊 這 一類 模塊是 在通用 GPRS 模塊基礎上內置 TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)的，用戶一般只需要調用相應的 AT 命令對其進行設置，模塊自身就會完成 GPRS 網絡和Inter 的互連，然后實現(xiàn)數(shù)據傳輸，開發(fā)過程比較簡單。 （ 1） 通用的 GPRS 模塊 這一 類模塊的特點是只支持 GPRS 短信 的 收發(fā)模式，本身不具備 TCP/IP協(xié)議處理功能。 GPRS 模塊選型 GPRS 技術把 Inter 的通訊方式引入到了無線通信領域，實現(xiàn)了無線網絡與有線網絡的互連。在這種方式下，與數(shù)據中心相連的 GPRS 通信 終端 要設置為 服務器 模式，遠程的 GPRS數(shù)據采集終端 要配置為 客戶機 模式。使用該方案的優(yōu)點是具有較高的穩(wěn)定性，并且速度上較普通 ADSL 更快些 ， 缺點是費用稍高，具體情況請咨詢當?shù)氐木W絡服務商。 （ 3） GPRS 的幾種組網方式 [ 25] 利用 GPRS 網絡進行無線數(shù)據傳輸， 數(shù)據鏈路的建立是 關鍵，數(shù)據鏈路建立的方式 如圖 36， 主要有：數(shù)據中心通過 ADSL 撥號上網 、 數(shù)據中心申請固定的公網 IP、 數(shù)據中心使用專線方式連接至移動網關 、 數(shù)據中心 通過 VPN 隧道連接 和 點對點連接 幾種方式。網關支持節(jié)點 GGSN 支持與外部分組交換網的互通，并經由基于 IP的 GPRS 骨干網和 GPRS 服務支持節(jié)點 SGSN 連通。有了 GPRS，用戶的呼叫建立時間大大縮短，幾乎可以做到 “ 永遠在線 ” 。 （ 2） GPRS 概述 GPRS 是通用無線分組業(yè)務 General Packet Radio System 的縮寫， 是在現(xiàn)有 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務 [ 21]，是 GSM 網絡向第三代移動通信演進過程中的過渡技術。 系統(tǒng)在數(shù)據傳輸過程中加入了加密機制，資料可以在公網上安全地傳輸 。系統(tǒng)具有自動恢復功 能 ，在 GPRS 網絡狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，而無需人工干預 。 ? 通信鏈路由運營商維護 。 GPRS 網絡的傳輸速度最大可以高達 170Kbps，速度的高低取決與網絡運營商的設置。 即用戶隨時與網絡保持聯(lián)系，即使沒有數(shù)據傳送，終端還一直與網絡保持聯(lián)系。 3） 基于 GSM 短消息的數(shù)據傳輸。 2） 無線數(shù)傳電臺。 目前 常用 有線和無線 的通 信 方式 主要 有： 電話線撥號 、無線數(shù)傳電臺、基于 GSM 短消息的數(shù)據傳輸、基于 GPRS 的數(shù)據傳輸?shù)确绞健? 綜上所述， 整個 系統(tǒng) 方案 能夠滿足分布式油田對原油計量和防盜的要求，具有 良好的可行性。殼體采用質地堅固且聲學特性好的合成材料，其外形精巧美觀，防水、防塵，可適應大多數(shù)工況現(xiàn)場。 在 油位 計量方面，近年來由于光纖 和 超聲波等高新技術不斷的涌現(xiàn)， 油位監(jiān)測已進入多功能、高精度的新階段。監(jiān)控中心通過固定的 IP 地址接入 Inter 網絡，從網絡上接收 遠程 監(jiān)測終端傳輸來的監(jiān)測數(shù)據。傳感器 輸出 信號先經過調理電路 ，再經過模數(shù)轉換變?yōu)閿?shù)字信號 ， 微處理器 對處理后 的 數(shù)據 進行 本地 存儲 和 顯示 ，并將這些數(shù)據通過GPRS 模塊發(fā)送至監(jiān)控中心。由于采油現(xiàn)場儲油罐數(shù)量眾多，各個井場分布也很分散，整個系統(tǒng)中應用 GPRS無線通信 網絡 ，將計算機監(jiān)控中心和各個 遠程 監(jiān)控終端聯(lián)系起來。 系統(tǒng)方案 分布式油田 原油計量和防盜 遠程監(jiān)控系統(tǒng)是將安裝在井場儲油罐上的各種傳感器采集數(shù)據（ 油位 、閥門狀態(tài)、報警器狀態(tài)）利用 GPRS 無線 通信平臺傳輸至 計算機 監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的管理人員利用計算機分析、匯總， 實時掌握采油現(xiàn)場的儲油量，輔助于管理者決策 。 （ 3） 模塊化結構設計原則 模塊化結構的硬件產品使系統(tǒng)配置靈活，緊湊簡便，易于升級 和 維護。 根據分布式油田現(xiàn)場的實際情況， 本系統(tǒng)中 按下列原則進行了總體設計： （ 1）可靠性原則 可靠性是整個系統(tǒng)的基本要求，在使用中要求系統(tǒng)具有抗惡劣工作環(huán)境的能力，無故障工作時間長。 （ 2） 外部 開關量 電平輸入 ： 高電平 16V~24V，低電平 0V~8V。 （ 2） 溫濕度變化范圍大。 （ 5）打印功能。 （ 3）顯示功能。 計算機 監(jiān)控中心軟件功能分析 根據項目需求 ， 計算機 監(jiān)測 中心軟件 應具備通信 、數(shù)據庫管理及數(shù)據處理、各種顯示、報表打印和參數(shù)設置等功能， 計算機監(jiān)控中心 軟件的功能分述如下： （ 1）通信功能。 當有交流電源時系統(tǒng)使用交流電源為系統(tǒng)供電，并給蓄電池充電。 （ 3） 具有 通信功能。 遠程 監(jiān)測終端功能分析 分析 整個 項目對遠程監(jiān)測終端需求的功能， 總的來說 應具備 如下幾點： （ 1） 具有 數(shù)據采集存儲功能。 （ 4） 下達各種測控指令 。 （ 9）具備一定的升級換代 和 擴展功能。 （ 5）采用 無線 數(shù)據傳輸方式 上傳檢測的各類數(shù)據。 遠程 監(jiān)測終端的要求 系統(tǒng) 針對 分布式 油田的實際狀況 ，要求監(jiān)測終端應具備以下功能： （ 1） 用非接觸測量 方法 ，對油罐內的原油進行實時測量。集 中后的原油計量與保管非常標準正規(guī) ， 本 系統(tǒng) 主要 針對的是 分散過 程的 原油 計量 與 丟盜油 問題 ， 主要包括以下兩個方面的內容： （ 1） 研發(fā)原油實時動態(tài)計量系統(tǒng)。 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設計 5 2 需求分析 充分理解需求信息對系統(tǒng)開發(fā)的成功至關重要，對需求進行詳盡的分析、準確的描述 可 以縮短開發(fā)周期、降低后期開發(fā)成本，也是設計高質量、高可靠性系統(tǒng)的首要工作。 第 6 章 計算機監(jiān)控中心的軟件開發(fā)。 遠程 監(jiān)測終端 采用模塊化的 電路設計 方法，依據系統(tǒng)功能自頂向下的把硬件分成了五 個模 塊，文中對各個模塊的電路進行了詳細說明。 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設 4 第 3 章 總體方案設計。 論 文共分為 7 章，其 組織 結構 如下： 第 1 章 緒論。 同時還需要研究在無線數(shù)據網絡偶然出現(xiàn)信號受阻問題的時候，如何保障測量數(shù)據的連續(xù)性，數(shù)據不丟失。 儲 油罐在野外，風沙大，溫差大，環(huán)境惡劣，因此 還必須研究非接觸式 測量在惡劣環(huán)境下 探測容積變化的模式 和方法，以及工作的準確性、可靠性和安全性等問題。 縱覽國內外關于油田原油計量和防盜的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為油田原油計量 與 防盜 遠程監(jiān)控方面的研究奠定了扎實的基礎。 大港油田應用聲波原理，以管道做信道，大地做回路實現(xiàn)了原油防盜及陰極保護參數(shù)自動遙測監(jiān)控系統(tǒng)，可實時對原油輸送管道及陰極保護參數(shù)進行有效的檢測 [10]。 近年來 國內對原油計量的研究主要有： 李昌嶺工程師用流量計 對原油進行實時測量，用標量體積管來完成對流量 計 的在線標定 [5]；劉曉良工程師采用三相工藝流程對原油進行測量，用油氣分離器和壓力平衡器對液位進行標定 [6]；侯鵬倩工程師應用靶式流量計的原理，對原油計量中的密度進行了修正，解決了含有泥沙雜質的原油計量問題 [7]。 項目 的國內外研究現(xiàn)狀 經過多年的發(fā) 展，我國石油勘探開發(fā)領域技術水平發(fā)展很快，并取得良好的經濟效益， 而在對 采油現(xiàn)場的 原油生產自動化管理上，國內石油企業(yè)與國外基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設 2 同行還是有一定差距。 以上存在的問題對油田的管理帶來 很大 影響，并嚴重影響了經濟效益。我國是一個石油資源不十分豐富的國家，自 1993 年開始，我國便超越日本成為僅次于美國的世界上第二大石油進口國 [ 1]， 能源 機構預測顯示，為了保持高經濟增長勢頭，在 2040 年，中國將有 87％的原油依賴于進口 [2]。 關 鍵 詞 ： GPRS ， 分 布 式 油 田 ， 計 量 和 防 盜 ， CortexM3 內核，STM32F103C6T6 IV THE SYSTEM DESIGN OF MEASUREMENT AND ANTITHEFT FOR CRUDE OIL OF DISTRIBUTED OILFIELD BASED ON GPRS NETWORKS ABSTRACT To solve problems of crude oil measurement and loss in distributed oilfield, a crude oil measuring and antitheft system is designed based on GPRS wireless work in the paper. In the system, a lot of problems existing in distributed oilfield for a long time can be solved, such as rough measuring method, poor realtime performance and high manmade errors. With the help of alarming system, oiltheft criminals will be reduced. The aim of the whole system is to improve the informatization management level of distributed oilfield. The system contains two parts: remotemonitoring terminal and putermonitoring center. Remotemonitoring terminal collects data of crude oil level in oil tank, valve’s status and images surrounding the oil tank when the burglar alarm equipment is triggered. Finally data are sent and received via GPRS wireless work. Computermonitoring center achieves logging on Inter website through fixed IP to plete some functions such as data receiving, saving and analysis, the realtime display of crude oil level in oil tank, current valve’s status and report forms printing. In order to ensure flexible configurations of the whole hardware and make it debug easily and maintenance simply, modularization design method is adopted in hardware design of remotemonitoring terminals. According to system function， hardware is divided into such five modules as data acquisitions module, GPRS munication module, image acquisition module, keyboard and display and power supply modules. The core of data acquisition module is ARM39。 在遠程監(jiān)測終端的軟件開發(fā)中， 借鑒于實時操作系統(tǒng)進行軟件開發(fā) 的層次化設計 方法 ， 在遠程監(jiān)測終端的軟件設計中也采用了層次化的軟件設計 結構 。 監(jiān)測終端 完成儲油罐中原油 油位 、 儲油 罐 閥門狀態(tài) 、 以及 當防盜報警設備被觸發(fā)時井場