【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 模塊引腳編號及位置 Fig37 M23A module pins’ number and location M23A GSM/GPRS 模塊的各個引腳的功能如表 32 所示。 在分布式油田原油 計量 與 防盜 系統(tǒng)的開發(fā)中，綜合考慮以上幾種 GPRS 組網方式的優(yōu)缺點， 以及 為 便于整個系統(tǒng)的開發(fā)和后期維護， 我們使用了 數(shù)據(jù)中心申請固定的公網 IP 的組網方式。 GPRS 服務支持節(jié)點和 移動交換中心 MSC（ Mobile service switching center） 在同一等級水平，并跟蹤單個 MSC 的存儲單元實現(xiàn)安全功能和接入控制，并通過幀中繼連接到基站系統(tǒng)。 系統(tǒng)具有糾錯、重發(fā)機制，從而確保資料的完整性和正確性。其缺點是需申請頻點使用權，受地形、氣候的影響較大，系統(tǒng)的可靠性、實時性較差。 本系統(tǒng)中采用的是超聲波非接觸測量 方 法，選用的是重慶兆易公司的 RISENBS1KA0 型號超聲液位變送器，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，內部電磁屏蔽及出廠 四十八 小時高低溫老化，使其具有很高的穩(wěn)定性和長期可靠性。 遠程 監(jiān)測終端主要完成 數(shù)據(jù)采集 、數(shù)據(jù)傳輸、現(xiàn)場報警、顯示和設置等 功能，計算機監(jiān)控中心主要完成對 遠程 監(jiān)測終端采集數(shù)據(jù)的分析 和存儲 、實時顯示、報表打印 等功能。 （ 1） 油位 變化范圍： 0~8 米； 測量精度： ≤ 30 毫米 。 本課題中以分布式油田采油現(xiàn)場的儲油罐為對象，實現(xiàn)原油的計量和防盜，整個系統(tǒng)可以稍加修改應用到其它設備的遠程監(jiān)控上，另外遠程監(jiān)測終端的硬件設計也為系統(tǒng)的功能擴展留有余地，以進一步實現(xiàn)對采油現(xiàn)場抽油機等設備 的監(jiān)控。 （ 3） 統(tǒng)計分析功能，可以查詢任意 油罐中原油 的現(xiàn)存量，歷史存量 。 分布式油田的特點是 ： 井場井群分散布局在各個山頭或山溝之間，每個井場由 3~10 口井組成，每口油井獨立對應一個標準儲油罐，待標準油罐儲存滿后，由 20~50 噸 的油罐車運到統(tǒng)一的集油站， 完成由分散到集中的過程。根據(jù)系統(tǒng)需要解決的問題，對整個系統(tǒng)進行了功能分析，確定了系統(tǒng)各個部分的功能，最后給出了系統(tǒng)的相關技術參數(shù)。孔令 波工程師在勝利油田應用流量預警器，開發(fā)了單井防盜報警系統(tǒng) [13]。 管理方面 當前多采用看井工人工管理和統(tǒng)計每日原油灌的儲存量，缺少必要的監(jiān)控手段，所以錯報漏報甚至瞞報現(xiàn)象時有發(fā) 生 ，并且由于缺乏監(jiān)管機制，使不法分子有機可乘，偷盜油現(xiàn)象很嚴重 ， 據(jù)有關資料，目前陜北共有分布式油井 3 萬多口，以產油 100 萬噸為生產計劃，歷年來丟油的數(shù)量十分驚人，被偷盜原油占總產量的 10％ ~15％之間 [ 3]。 整個系統(tǒng) 包括兩個部分： 遠程監(jiān)測終端和計算機監(jiān)控中心。 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。 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]。 同時還需要研究在無線數(shù)據(jù)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(jù)的連續(xù)性，數(shù)據(jù)不丟失。 第 6 章 計算機監(jiān)控中心的軟件開發(fā)。 （ 5）采用 無線 數(shù)據(jù)傳輸方式 上傳檢測的各類數(shù)據(jù)。 （ 3） 具有 通信功能。 （ 5）打印功能。 （ 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。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(jù)。 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(jù)傳輸、基于 GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸?shù)确绞健?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。 （ 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。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。 （ 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(jù)傳輸，開發(fā)過程比較簡單。發(fā) 給 MODEM的指令一般使用 7 個數(shù)據(jù)位、一個奇偶位和一個停止位組成的幀，也可以使用有 8 個數(shù)據(jù)位 、 無奇偶位和 1 個停止位組成的幀 ，另 每個 AT 指令都是以 “ \r\n”作為結束符。當處理能力不強或沒有操作系統(tǒng)時，需要用戶自己開發(fā)或者移植一 些協(xié)議，編程實現(xiàn) GPRS 的撥號上網、 PPP 配置并最終建立 TCP/IP 網絡節(jié) 點，實現(xiàn) GPRS 的附著和激活過程，此后才能與 Inter 通信，因此用戶的開發(fā)任務較重，有時甚至超過了應用本身的工 作量。但是每次連上 Inter 后數(shù)據(jù)中心獲得的公網 IP 地址都不一樣，所以在 GPRS 數(shù)據(jù)采集終端 中無法直接設置目標 IP 來連接數(shù)據(jù)中心。 GPRS 作為目前和將來大規(guī)模發(fā)展的一種組網方式，具有分布式、集散型、網絡化、開放式特點，在工業(yè)控制、環(huán)境保護、水利水文監(jiān)測、報警等領域中得到愈來愈廣泛的應用 [19] [20]。 用戶可以保持一直在線，只有在讀取數(shù)據(jù)的時候占用資源并進行付費，改變以往按連接時間計費的方式，這將節(jié)約用戶資費。 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設 12 系統(tǒng) 開發(fā) 涉及的相關 內容 GPRS 網絡 （ 1）幾種通信方式的比較 按傳遞信息的媒質不同，通信可分為兩大類 [ 15]。 關于 遠程監(jiān)測終端各個部分電路的設計，后面章節(jié)有詳細介紹 。 （ 2）先進性和實用性原則 系統(tǒng)從分布式油田的實際需求出發(fā)， 遠程 監(jiān)測終端既可單機運行，也可以與 計算機 監(jiān) 控 中心 聯(lián)網運行。 （ 4）報表功能。 （ 2） 具有 數(shù)據(jù)處理功能 。 （ 3） 當有偷盜油時，抓拍現(xiàn)場圖片并報警 。 遠程 監(jiān)測終端的軟件通過 先 分層、結合有限狀態(tài)機、利用事件驅動的編程思想來設計的。 （ 3）無線數(shù)據(jù)傳輸 由于各井場分散式布局，距離遠，地形地貌復雜，從經濟安全角度考慮，采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術。 針對原油的計量和防盜， 國內目前的發(fā)展狀況是： 在原油計量方面，國內自 二十世紀八十年代末在原油計量管理上推行了三級計量 [4]（ 分廠計量、分礦計量、分隊計量 ）， 采用單獨計量 、 計算管理模式 ， 該模式對于當時國內各油田都處于開發(fā)中期環(huán)境下 ， 原油生產計量 、 外輸交接 、 生產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量和防盜系統(tǒng)設計 III 中首先對 遠程監(jiān)測終端軟件開發(fā) 中應用 的 編程 方法 進行了介紹，然后 對 遠程 監(jiān)測終端的部分底層驅動程序以及應用層程序的設計進行了詳細說明。 在遠程監(jiān)測終端的硬件開發(fā)中，為了保證整個硬件配置靈活、易于調試、升級和維護，采用了模塊化的設計方法，即依據(jù)系統(tǒng)功能自頂向下的把硬件分成了五個模塊，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 國民經濟的高速發(fā)展，市場對石油的需求也日益增多，面對市場經濟中石油 企業(yè)之間的激烈競爭，如何采用集中化、自動化、網絡化的技術手段來實現(xiàn)對 分布式油田的 原油 計量與防盜，降低生產運行維護成本，提高工作效率，以取得更好的經濟效益，是分布式油田 管 理 面臨的新 問題