【文章內(nèi)容簡介】 度，保證平臺安全生產(chǎn)。（5） 安全閥的監(jiān)測及關(guān)斷控制在井口井下安全閥控制柜上裝有壓阻壓力變送器和緊急關(guān)斷閥，實(shí)現(xiàn)對油井安全閥壓力的檢測（設(shè)定上限5500PSI，下限3000PSI報(bào)警）和安全閥的搖控緊急關(guān)斷。平臺油井的安全閥系統(tǒng)不能通過平臺可編程控制器自行關(guān)斷，只有在非常緊急的情況下， 由陸地站或中心平臺站向平臺RTU發(fā)出關(guān)斷命令并確認(rèn)后而關(guān)斷，排除了可能的誤報(bào)警自動關(guān)斷。安全閥關(guān)斷控制是一種人為參與綜合分析處理的結(jié)果。安全閥關(guān)斷的程序：對機(jī)采井先自動停泵，再控制關(guān)閉井口井下安全閥；對自噴井，直接控制安全閥關(guān)閉。安全閥釋放或緊急切斷閥關(guān)斷相當(dāng)于衛(wèi)星平臺緊急停車，為防止誤動作，因此要求操作員在180s內(nèi)連續(xù)發(fā)3次命令確認(rèn)。（6） 電加熱器的控制對電加熱器進(jìn)行控制，以保證電加熱器出口的原油維持在一定的溫度。安全監(jiān)測主要是可燃?xì)怏w監(jiān)測、火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測、井下安全閥狀態(tài)監(jiān)測等。報(bào)警功能電流異常趨勢報(bào)警通過機(jī)泵（電泵或螺桿泵）電流可以判斷其狀態(tài)，在出現(xiàn)故障時(shí)，通過分析電流曲線，工作人員可以判斷機(jī)泵的故障原因，便于快速處理，減少事故停產(chǎn)時(shí)間。電泵、螺桿泵電流異常趨勢軟件就是專為分析電泵、螺桿泵運(yùn)行狀態(tài)開發(fā)的。狀態(tài)報(bào)警：包括電泵缺相、短路報(bào)警，分離器高、低液位報(bào)警，三通閥狀態(tài)報(bào)警等。單井液、氣量計(jì)量功能在采油平臺安裝井口電動三通閥、液氣兩相分離器（通過浮球控制的三通調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)氣液分流，實(shí)現(xiàn)分離）、質(zhì)量流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)遙控自動選井計(jì)量。計(jì)量時(shí)，質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量液體，旋進(jìn)旋渦流量計(jì)計(jì)量氣體，并且將檢測采集到的數(shù)據(jù)發(fā)往中心平臺和陸地站。對油井含水問題的處理，由平臺巡井人員定期取油樣化驗(yàn)，并將化驗(yàn)結(jié)果定期存入計(jì)算機(jī)處理，從而實(shí)現(xiàn)油氣水三相計(jì)量的目的。在操作站上發(fā)計(jì)量開始命令，通過對液量、密度、溫度、氣量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對液量和氣量進(jìn)行累計(jì)得出液量、氣量累計(jì)值。有為油田開發(fā)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)的功能陸地中心站計(jì)算機(jī)通過無線信道調(diào)取各中心平臺站及衛(wèi)星平臺站的信息。通過接口軟件為油藏描述、數(shù)值模擬和管理信息系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 控制系統(tǒng)操作方式需求自動流程方式自動流程方式指在計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面上用鍵盤或鼠標(biāo)操作流程的自動啟動和自動停止，它是控制系統(tǒng)工作的主要方式。主控室控制柜面板上“計(jì)算機(jī)自動／現(xiàn)場手動”操作開關(guān)打向計(jì)算機(jī)自動方式，系統(tǒng)受自動控制裝置監(jiān)視控制。監(jiān)控程序進(jìn)入自動流程操作畫面，操作員在工控機(jī)的CRT畫面上進(jìn)行流程操作。用鍵盤或鼠標(biāo)選擇工藝流程控制參數(shù)后，連同啟動或停止流程命令傳送給下位PLC，PLC運(yùn)行梯形圖程序，選擇流程路徑，控制系統(tǒng)自動啟動流程或停止流程。在流程的各個(gè)運(yùn)行階段，系統(tǒng)隨時(shí)檢測流程故障，有故障發(fā)生時(shí)，進(jìn)行報(bào)警，并根據(jù)故障種類進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。另外在自動流程畫面上有緊急停止按鈕，在系統(tǒng)出現(xiàn)重大險(xiǎn)情時(shí)，按此按鈕，可使所有運(yùn)行設(shè)備立即停止。軟手動方式軟手動方式指在計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面選中單臺設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)動操作。軟手動方式用于檢測設(shè)備起停是否正常，為系統(tǒng)為維護(hù)和調(diào)試提供方便的手段。計(jì)算機(jī)監(jiān)控制方式下，上位機(jī)監(jiān)控程序進(jìn)入點(diǎn)動畫面進(jìn)行點(diǎn)動操作。操作員在上位機(jī)CRT上，利用鼠標(biāo)—對—選擇設(shè)備，在彈出的對話框中選自動或停止。上位機(jī)即將命令傳送給下位PLC，啟動或停止設(shè)備。現(xiàn)場手動方式此方式指在設(shè)備現(xiàn)場通過現(xiàn)場開關(guān)或按鈕直接操作設(shè)備。此方式用設(shè)備調(diào)試和維修，在系統(tǒng)調(diào)試和投入運(yùn)行之前，檢驗(yàn)設(shè)備安裝和接線是否正確，投入運(yùn)行之后，檢測設(shè)備故障。設(shè)備現(xiàn)場(現(xiàn)場控制箱)的“自動／手動”選擇開關(guān)打向現(xiàn)場手動，現(xiàn)場設(shè)備線路和PLC控制系統(tǒng)斷開，不受PLC控制，直接由接線控制，由現(xiàn)場開關(guān)控制啟動及停止。另外某些特殊設(shè)備有緊急停止開關(guān)，在緊急情況下，拉動急停開關(guān)，設(shè)備立即停止，PLC檢測到此信號后，按設(shè)備故障處理。報(bào)警聯(lián)動方式圖象傳輸系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)緊密結(jié)合，當(dāng)現(xiàn)場有事故即將發(fā)生時(shí)，必然在工藝系統(tǒng)有所反應(yīng)，將這些工藝參數(shù)的報(bào)帶與圖像報(bào)警捆綁，這樣在事故發(fā)生時(shí)，可迅速觸發(fā)圖像報(bào)警，現(xiàn)場攝像機(jī)會自動對準(zhǔn)出事地點(diǎn)，并自動調(diào)焦進(jìn)行錄像。 系統(tǒng)通信方式選擇目前國內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品有多種，其本質(zhì)上的差異是由它們所采取的不同通信方式?jīng)Q定的。隨著電信技術(shù)的迅猛發(fā)展，可用于監(jiān)控管理的通信方式有多種，一般可分為有線通信和無線通信方式，無線通信方式中可以分為專用網(wǎng)絡(luò)和共用網(wǎng)絡(luò)，常用到的有微波、無線集群、GSM 短消息、CDMA 和 GPRS 通信方式[8]。 有線通信方式有線通信方式只適應(yīng)于小范圍的監(jiān)控系統(tǒng)，連接對象位置固定。分散的大范圍的監(jiān)控管理采用有線通信方式比較困難，其通信位置的固定性無法解決采油平臺布局隨著產(chǎn)量變化而變化的要求。在海上油氣作業(yè)，有線通信主要存在以下不足：（1） 有線通信的開通必須架設(shè)電纜，如果鋪設(shè)海底電纜將會花費(fèi)一筆很大的費(fèi)用，也會為將來維修工作帶來很大的麻煩；而無線鏈路則可以隨時(shí)架設(shè)，隨時(shí)增加鏈路，安裝方便，線路開通速度快。（2） 一般有線通信的質(zhì)量會隨著線路的擴(kuò)展而急劇下降，到四公里左右已經(jīng)無法傳輸高速率數(shù)據(jù)，或者會產(chǎn)生很高的誤碼率；（3） 有線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)擴(kuò)充性較差，原有布線所預(yù)留的端口不夠用時(shí)，再增加新的監(jiān)測分站就會遇到重新布置線纜繁瑣、施工周期長等麻煩；無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充性較強(qiáng)，可以迅速組建起通信鏈路，如果增加智能監(jiān)測分站無需重新鋪設(shè)電纜。（4） 有線鏈路的維護(hù)需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時(shí)，一般很難及時(shí)找出故障點(diǎn)，而無線通信只需維護(hù)擴(kuò)頻設(shè)備，出現(xiàn)故障時(shí)則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運(yùn)行。正因?yàn)樯鲜鲇芯€通信與無線通信的比較，我們可以得知，在海上石油平臺間利用無線通信方式實(shí)現(xiàn)平臺間的數(shù)據(jù)傳輸比有線通信安全、方便、穩(wěn)定和快捷。下表為監(jiān)控系統(tǒng)有線通信與無線通信方式的區(qū)別對照表。表21 監(jiān)控系統(tǒng)通信方式性能對比表通信方式可靠性可移動性運(yùn)行成本維護(hù)成本通信延時(shí)覆蓋范圍有線通信高差低高短小無線通信低好高低長大 常用無線通信方式無線網(wǎng)絡(luò)是利用無線電波來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)。它是一種靈巧的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是從有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自然延伸出來的技術(shù)，使用無線射（RF）技術(shù)通過電波收發(fā)數(shù)據(jù)。最新的無線技術(shù)的應(yīng)用使得高性能、低價(jià)格的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成為可能，給人們的工作、學(xué)習(xí)和生活帶來很多便利?，F(xiàn)在無線通信已經(jīng)在全球范圍得到了迅猛發(fā)展，采用無線手段提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用成為新的通信熱點(diǎn)。下面對幾種無線通信方式作簡要描述，結(jié)合本設(shè)計(jì)情況，選擇最適合系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。常用無線通信方式分為專用網(wǎng)絡(luò)和公用網(wǎng)絡(luò)。公用通信網(wǎng)絡(luò)（1） GSM 接入技術(shù)GSM 的英文全稱為 Global system for Mobile Communications，是一種起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動通信技術(shù)。該技術(shù)已成為全球最大的移動通信系統(tǒng)，是目前個(gè)人通信的一種常見技術(shù)代表。GSM 數(shù)字網(wǎng)具有較強(qiáng)的保密性和抗干擾性，音質(zhì)清晰，通話穩(wěn)定，并具備容量大，頻率資源利用率高，接口開放，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。我國于20世紀(jì)90年代初引進(jìn)采用此項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[8]。SMS（Short Messaging Service，短消息服務(wù)）是一種使得移動設(shè)備可以發(fā)送和接收文本信息的技術(shù)。短消息傳輸僅限于一個(gè)消息，一個(gè)消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。GSM 適合于話音通信，雖然通過 SMS 短信也能實(shí)現(xiàn)信息傳遞，但這種通信方式只適合用于數(shù)據(jù)流量小，即實(shí)時(shí)性要求不高的場合。（2） GPRS 技術(shù)GPRS 的英文全稱為General Packet Radio Service，中文是通用分組無線業(yè)務(wù)的意思，這種無線業(yè)務(wù)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，它是利用了“分封交換”（PacketSwitched）的概念所發(fā)展出的一套無線傳輸方式。GPRS 采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶共享某些固定的信道資源。GPRS 技術(shù)能讓通信永遠(yuǎn)在線，GPRS 的實(shí)時(shí)功能可以使諸如新聞標(biāo)題、比賽成績、交通路況和參數(shù)信息等重要數(shù)據(jù)均可在語音呼叫之外的一個(gè)獨(dú)立的信道自由進(jìn)出而不影響正常的通話，GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快將達(dá)到115K， 調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)速率還要快；其收費(fèi)方式是以流量的多少計(jì)算費(fèi)用，用戶只需按實(shí)際傳送的數(shù)據(jù)量付費(fèi)[9]。（3） CDMA技術(shù)碼分多址（CodeDivision Multiple Access）是數(shù)字移動通信進(jìn)程中出現(xiàn)的一種先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信技術(shù)，它能夠滿足市場對移動通信容量和品質(zhì)的高要求，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、容量大等特點(diǎn)，可以大量減少投資和降低運(yùn)營成本。CDMA 網(wǎng)絡(luò)在我國建設(shè)較晚，始于 2002年，發(fā)展迅速，目前正由大中城市向周邊覆蓋，但在偏遠(yuǎn)地區(qū)還沒有覆蓋[8]。專用網(wǎng)絡(luò)通信（1） 無線數(shù)傳電臺數(shù)傳電臺（data radio）是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的簡稱。即采用數(shù)字信號處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、具有前向糾錯等功能的無線數(shù)據(jù)傳輸電臺，可以傳輸包括遙控遙測數(shù)據(jù)、數(shù)字化語音、動態(tài)圖像等業(yè)務(wù)，是一種在工業(yè)測控中常用的無線通信方式，但其通信范圍與設(shè)備功率有關(guān)，有一定的適用范圍，無法滿足大范圍通信距離不等的數(shù)據(jù)傳輸要求。此外需要每年向無線電管理部門交納一定金額的無線電管理費(fèi)用。（2） 無線集群通信方式無線集群通信需要較大規(guī)模的投資建設(shè)，與公用通信網(wǎng)絡(luò)相比，存在幾個(gè)致命缺點(diǎn)：集群移動通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)，需要大量的建設(shè)資金投入，建設(shè)周期較長，保養(yǎng)與維護(hù)不便。由于專網(wǎng)的覆蓋范圍有限，不利于全局整體控制。（3） 無線微波設(shè)備微波擴(kuò)頻通信技術(shù)特點(diǎn)是利用偽隨機(jī)碼對輸入信息進(jìn)行擴(kuò)展頻譜編碼處理，然后在某個(gè)載頻進(jìn)行調(diào)制以便傳輸，其傳輸距離及范圍與設(shè)備的功率有關(guān)[10][11]。微波通信可用于點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的工作環(huán)境，提供標(biāo)準(zhǔn)接口，可以直接和計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。采用 工業(yè)頻段，接收靈敏度高，技術(shù)成熟，組網(wǎng)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況架設(shè)天線，根據(jù)規(guī)模大小，可以按實(shí)際情況配置微波設(shè)備的數(shù)量。下面是幾種無線通信方式的性能對比，見表 22。表22 無線通信方式性能對比表通信方式可靠性覆蓋范圍傳輸距離通信延遲運(yùn)維成本微波好小近低高數(shù)傳電臺較差小近低高無線集群一般較大中低高CAMA好較廣遠(yuǎn)高低GPRS好廣遠(yuǎn)較低低SMS好廣遠(yuǎn)低低以微波作為采油平臺實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中的通信信道，其優(yōu)點(diǎn)是：覆蓋范圍大，易組成網(wǎng)絡(luò)；傳輸容量大、質(zhì)量好；通信速率高，實(shí)時(shí)性好；通信穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，不受地形和地域的限制；無需交無線電管理費(fèi)?？紤]到現(xiàn)場周圍環(huán)境的特點(diǎn)，GPRS在海上覆蓋范圍不夠廣泛，常年的使用費(fèi)用較高，系統(tǒng)方案確定采用微波通信，通過在無人值守采油平臺和采油中心平臺之間架設(shè)微波網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)傳輸。 本文選擇的無線通信方式綜合上述分析，本文采用的是微波通信。本系統(tǒng)包括一個(gè)主站（中心采油平臺）和2個(gè)子站（衛(wèi)星采油平臺），通過無線調(diào)制解調(diào)器構(gòu)成一個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)，對兩個(gè)衛(wèi)星平臺的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、傳輸、處理和控制。衛(wèi)星平臺的各個(gè)數(shù)值經(jīng)PLC采集后，傳至無線調(diào)制解調(diào)器。然后經(jīng)過無線傳輸將數(shù)據(jù)傳給中心采油平臺，中心平臺可分別與不同的衛(wèi)星平臺建立聯(lián)系，查詢各測點(diǎn)的數(shù)據(jù)[12]。 無線數(shù)傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖?；究偩€傳輸速率為3MbPs，適合于任何流行的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，并可以承載多媒體傳輸?shù)母咚俾室螅瑹o輪詢系統(tǒng)的等待時(shí)間，采用點(diǎn)對點(diǎn)的通信模式，適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸保密性和抗干擾性強(qiáng)的場合，無須申請專用頻點(diǎn)，設(shè)計(jì)傳輸距離大于100Km。 微波擴(kuò)頻無線通信協(xié)議微波擴(kuò)頻技術(shù)是指用來傳輸信息的射頻信號帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式，即將傳輸信息所使用的射頻帶寬擴(kuò)展為原始帶寬的10倍至1000倍以上，發(fā)端通過擴(kuò)頻技術(shù)將頻譜展寬，收端通過解擴(kuò)技術(shù)還原成相應(yīng)帶寬的信號。在遠(yuǎn)程監(jiān)控傳輸系統(tǒng)中使用最多的是直接序列方式。所謂直接序列( DS) 調(diào)制擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端擴(kuò)展信號的頻譜。擴(kuò)頻信號采用相移鍵控調(diào)制后由天線發(fā)射出去。在收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原來的窄頻譜信號。利用該技術(shù)能夠非常容易地實(shí)現(xiàn)高頻遠(yuǎn)距離傳送[13]。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星平臺與中心平臺和中心平臺與陸地中心站之間的數(shù)據(jù)傳輸，就要解決目標(biāo)站點(diǎn)的識別和終止的問題。同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)高效正確的傳輸，還要進(jìn)行流量控制和糾錯控制。這里將介紹本系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)，然后針對數(shù)據(jù)幀說明如何解決上面問題。數(shù)據(jù)幀分為命令幀和響應(yīng)幀。命令幀完成中心站對系統(tǒng)的控制。響應(yīng)幀中包含系統(tǒng)中所傳的數(shù)據(jù)信息。命令幀和響應(yīng)幀結(jié)構(gòu)分別見表23和表24。表23 命令幀結(jié)構(gòu)幀頭數(shù)據(jù)幀尾NONO CRC 累加和 幀號4字節(jié) 2字節(jié) 2字節(jié) 2字節(jié)控制字2字節(jié)校驗(yàn)碼 8個(gè)amp。Hf62個(gè)字節(jié) 8字節(jié)表24 響應(yīng)幀結(jié)構(gòu)幀頭數(shù)據(jù)幀尾NONO CRC 累加和 幀號4字節(jié) 2字節(jié) 2字節(jié) 2字節(jié)數(shù)據(jù)N字節(jié)校驗(yàn)碼 8個(gè)amp。Hf62個(gè)字節(jié) 8字節(jié)命令幀中根據(jù)控制字的不同，可以表示鏈路中的不同工作狀態(tài)及中心站不同的控制信息。如中心站輪詢、設(shè)備控制、信息查詢、鏈路建立、拆除、遇錯重傳等。響應(yīng)幀結(jié)構(gòu)幀頭包括4個(gè)字節(jié)的“NONO”，2個(gè)字節(jié)的衛(wèi)星平臺站點(diǎn)名稱的CRC校驗(yàn)碼，2個(gè)字節(jié)的衛(wèi)星平臺站點(diǎn)名稱的累加和校驗(yàn)碼和2個(gè)字節(jié)的幀號。幀號足為了避免收到重復(fù)的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)為應(yīng)用層的不定長信息。幀尾包括CRC校驗(yàn)碼和8個(gè)0xf6，其中0xff和幀頭的4個(gè)字節(jié)的“NONO”標(biāo)志著一個(gè)數(shù)據(jù)幀的開始和結(jié)束。當(dāng)接收方收到一包數(shù)據(jù)時(shí)，先判斷有沒有幀尾，若有說明收到了完整的一幀，然后找到幀頭，取出其中的數(shù)據(jù)，根據(jù)校驗(yàn)碼檢查數(shù)據(jù)錯誤。（1） 目標(biāo)