【正文】 1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 24 44 34 24 14 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 3V B A T T BG N DG N DG N DG N DL E D AR O W 4T X D 2I O 1 2 / D C DG N DS I M C L KS I M I OS I M R S TN CM I C B I A SM I C I PM I C I NA U X IG N DE A R PE A R NA U X O PV R S I MG N DV B A T R FV B A T R FV B A T R FG N DI O 1 0P W O NR X D 2B UG N DT X DR X DR T SC T SD S RI O 8I O 1 3I O 1 1G N DI O 6I O 1 / R 1 圖 37 M23A 模塊引腳編號(hào)及位置 Fig37 M23A module pins’ number and location M23A GSM/GPRS 模塊的各個(gè)引腳的功能如表 32 所示。 在分布式油田原油 計(jì)量 與 防盜 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，綜合考慮以上幾種 GPRS 組網(wǎng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)， 以及 為 便于整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和后期維護(hù)， 我們使用了 數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)固定的公網(wǎng) IP 的組網(wǎng)方式。 GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)和 移動(dòng)交換中心 MSC（ Mobile service switching center） 在同一等級(jí)水平，并跟蹤單個(gè) MSC 的存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)安全功能和接入控制，并通過(guò)幀中繼連接到基站系統(tǒng)。 系統(tǒng)具有糾錯(cuò)、重發(fā)機(jī)制，從而確保資料的完整性和正確性。其缺點(diǎn)是需申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)，受地形、氣候的影響較大，系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性較差。 本系統(tǒng)中采用的是超聲波非接觸測(cè)量 方 法，選用的是重慶兆易公司的 RISENBS1KA0 型號(hào)超聲液位變送器，該變送器集超聲波傳感器、溫度傳感器、超聲伺服電路、變送電路為一體，內(nèi)部電磁屏蔽及出廠 四十八 小時(shí)高低溫老化，使其具有很高的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性。 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端主要完成 數(shù)據(jù)采集 、數(shù)據(jù)傳輸、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警、顯示和設(shè)置等 功能，計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心主要完成對(duì) 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端采集數(shù)據(jù)的分析 和存儲(chǔ) 、實(shí)時(shí)顯示、報(bào)表打印 等功能。 （ 1） 油位 變化范圍： 0~8 米； 測(cè)量精度： ≤ 30 毫米 。 本課題中以分布式油田采油現(xiàn)場(chǎng)的儲(chǔ)油罐為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)原油的計(jì)量和防盜，整個(gè)系統(tǒng)可以稍加修改應(yīng)用到其它設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控上，另外遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的硬件設(shè)計(jì)也為系統(tǒng)的功能擴(kuò)展留有余地，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)采油現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)等設(shè)備 的監(jiān)控。 （ 3） 統(tǒng)計(jì)分析功能，可以查詢?nèi)我?油罐中原油 的現(xiàn)存量，歷史存量 。 分布式油田的特點(diǎn)是 ： 井場(chǎng)井群分散布局在各個(gè)山頭或山溝之間，每個(gè)井場(chǎng)由 3~10 口井組成，每口油井獨(dú)立對(duì)應(yīng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)油罐，待標(biāo)準(zhǔn)油罐儲(chǔ)存滿后，由 20~50 噸 的油罐車運(yùn)到統(tǒng)一的集油站， 完成由分散到集中的過(guò)程。根據(jù)系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析，確定了系統(tǒng)各個(gè)部分的功能，最后給出了系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)?？琢?波工程師在勝利油田應(yīng)用流量預(yù)警器，開(kāi)發(fā)了單井防盜報(bào)警系統(tǒng) [13]。 管理方面 當(dāng)前多采用看井工人工管理和統(tǒng)計(jì)每日原油灌的儲(chǔ)存量，缺少必要的監(jiān)控手段，所以錯(cuò)報(bào)漏報(bào)甚至瞞報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā) 生 ，并且由于缺乏監(jiān)管機(jī)制，使不法分子有機(jī)可乘，偷盜油現(xiàn)象很嚴(yán)重 ， 據(jù)有關(guān)資料，目前陜北共有分布式油井 3 萬(wàn)多口，以產(chǎn)油 100 萬(wàn)噸為生產(chǎn)計(jì)劃，歷年來(lái)丟油的數(shù)量十分驚人，被偷盜原油占總產(chǎn)量的 10％ ~15％之間 [ 3]。 整個(gè)系統(tǒng) 包括兩個(gè)部分： 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端和計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心。 關(guān) 鍵 詞 ： GPRS ， 分 布 式 油 田 ， 計(jì) 量 和 防 盜 ， CortexM3 內(nèi)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。 近年來(lái) 國(guó)內(nèi)對(duì)原油計(jì)量的研究主要有： 李昌嶺工程師用流量計(jì) 對(duì)原油進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，用標(biāo)量體積管來(lái)完成對(duì)流量 計(jì) 的在線標(biāo)定 [5]；劉曉良工程師采用三相工藝流程對(duì)原油進(jìn)行測(cè)量，用油氣分離器和壓力平衡器對(duì)液位進(jìn)行標(biāo)定 [6]；侯鵬倩工程師應(yīng)用靶式流量計(jì)的原理，對(duì)原油計(jì)量中的密度進(jìn)行了修正，解決了含有泥沙雜質(zhì)的原油計(jì)量問(wèn)題 [7]。 同時(shí)還需要研究在無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)偶然出現(xiàn)信號(hào)受阻問(wèn)題的時(shí)候，如何保障測(cè)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性，數(shù)據(jù)不丟失。 第 6 章 計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心的軟件開(kāi)發(fā)。 （ 5）采用 無(wú)線 數(shù)據(jù)傳輸方式 上傳檢測(cè)的各類數(shù)據(jù)。 （ 3） 具有 通信功能。 （ 5）打印功能。 （ 3） 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 模塊化結(jié)構(gòu)的硬件產(chǎn)品使系統(tǒng)配置靈活，緊湊簡(jiǎn)便，易于升級(jí) 和 維護(hù)。監(jiān)控中心通過(guò)固定的 IP 地址接入 Inter 網(wǎng)絡(luò)，從網(wǎng)絡(luò)上接收 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端傳輸來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。 目前 常用 有線和無(wú)線 的通 信 方式 主要 有： 電話線撥號(hào) 、無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)、基于 GSM 短消息的數(shù)據(jù)傳輸、基于 GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸?shù)确绞健?GPRS 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最大可以高達(dá) 170Kbps，速度的高低取決與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的設(shè)置。 （ 2） GPRS 概述 GPRS 是通用無(wú)線分組業(yè)務(wù) General Packet Radio System 的縮寫(xiě)， 是在現(xiàn)有 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù) [ 21]，是 GSM 網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演進(jìn)過(guò)程中的過(guò)渡技術(shù)。使用該方案的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的穩(wěn)定性，并且速度上較普通 ADSL 更快些 ， 缺點(diǎn)是費(fèi)用稍高，具體情況請(qǐng)咨詢當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)商。 （ 2） 內(nèi)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(chǔ)上內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，用戶一般只需要調(diào)用相應(yīng)的 AT 命令對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，模塊自身就會(huì)完成 GPRS 網(wǎng)絡(luò)和Inter 的互連，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，開(kāi)發(fā)過(guò)程比較簡(jiǎn)單。發(fā) 給 MODEM的指令一般使用 7 個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)奇偶位和一個(gè)停止位組成的幀，也可以使用有 8 個(gè)數(shù)據(jù)位 、 無(wú)奇偶位和 1 個(gè)停止位組成的幀 ，另 每個(gè) AT 指令都是以 “ \r\n”作為結(jié)束符。當(dāng)處理能力不強(qiáng)或沒(méi)有操作系統(tǒng)時(shí)，需要用戶自己開(kāi)發(fā)或者移植一 些協(xié)議，編程實(shí)現(xiàn) GPRS 的撥號(hào)上網(wǎng)、 PPP 配置并最終建立 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn) GPRS 的附著和激活過(guò)程，此后才能與 Inter 通信，因此用戶的開(kāi)發(fā)任務(wù)較重，有時(shí)甚至超過(guò)了應(yīng)用本身的工 作量。但是每次連上 Inter 后數(shù)據(jù)中心獲得的公網(wǎng) IP 地址都不一樣，所以在 GPRS 數(shù)據(jù)采集終端 中無(wú)法直接設(shè)置目標(biāo) IP 來(lái)連接數(shù)據(jù)中心。 GPRS 作為目前和將來(lái)大規(guī)模發(fā)展的一種組網(wǎng)方式，具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放式特點(diǎn)，在工業(yè)控制、環(huán)境保護(hù)、水利水文監(jiān)測(cè)、報(bào)警等領(lǐng)域中得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用 [19] [20]。 用戶可以保持一直在線，只有在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候占用資源并進(jìn)行付費(fèi)，改變以往按連接時(shí)間計(jì)費(fèi)的方式，這將節(jié)約用戶資費(fèi)。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè) 12 系統(tǒng) 開(kāi)發(fā) 涉及的相關(guān) 內(nèi)容 GPRS 網(wǎng)絡(luò) （ 1）幾種通信方式的比較 按傳遞信息的媒質(zhì)不同，通信可分為兩大類 [ 15]。 關(guān)于 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)，后面章節(jié)有詳細(xì)介紹 。 （ 2）先進(jìn)性和實(shí)用性原則 系統(tǒng)從分布式油田的實(shí)際需求出發(fā)， 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端既可單機(jī)運(yùn)行，也可以與 計(jì)算機(jī) 監(jiān) 控 中心 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。 （ 4）報(bào)表功能。 （ 2） 具有 數(shù)據(jù)處理功能 。 （ 3） 當(dāng)有偷盜油時(shí)，抓拍現(xiàn)場(chǎng)圖片并報(bào)警 。 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端的軟件通過(guò) 先 分層、結(jié)合有限狀態(tài)機(jī)、利用事件驅(qū)動(dòng)的編程思想來(lái)設(shè)計(jì)的。 （ 3）無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸 由于各井場(chǎng)分散式布局，距離遠(yuǎn)，地形地貌復(fù)雜，從經(jīng)濟(jì)安全角度考慮，采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 針對(duì)原油的計(jì)量和防盜， 國(guó)內(nèi)目前的發(fā)展?fàn)顩r是： 在原油計(jì)量方面，國(guó)內(nèi)自 二十世紀(jì)八十年代末在原油計(jì)量管理上推行了三級(jí)計(jì)量 [4]（ 分廠計(jì)量、分礦計(jì)量、分隊(duì)計(jì)量 ）， 采用單獨(dú)計(jì)量 、 計(jì)算管理模式 ， 該模式對(duì)于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)各油田都處于開(kāi)發(fā)中期環(huán)境下 ， 原油生產(chǎn)計(jì)量 、 外輸交接 、 生產(chǎn)管理與決策起到了很大的作用。 論文 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) III 中首先對(duì) 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端軟件開(kāi)發(fā) 中應(yīng)用 的 編程 方法 進(jìn)行了介紹，然后 對(duì) 遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)終端的部分底層驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用層程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。 在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端的硬件開(kāi)發(fā)中，為了保證整個(gè)硬件配置靈活、易于調(diào)試、升級(jí)和維護(hù)，采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，即依據(jù)系統(tǒng)功能自頂向下的把硬件分成了五個(gè)模塊，分別是數(shù)據(jù)采集模塊、 GPRS通信模塊、圖像采集模塊、鍵盤與顯示模塊和系統(tǒng)供電模塊。 隨著我國(guó) 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)石油的需求也日益增多，面對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中石油 企業(yè)之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)，如何采用集中化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 分布式油田的 原油 計(jì)量與防盜，降低生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)成本，提高工作效率，以取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，是分布式油田 管 理 面臨的新 問(wèn)題