【正文】 己的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳給上層，否則丟掉。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(cuò)誤。數(shù)據(jù)為應(yīng)用層的不定長信息。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(tái)站點(diǎn)名稱的CRC校驗(yàn)碼，2個(gè)字節(jié)的衛(wèi)星平臺(tái)站點(diǎn)名稱的累加和校驗(yàn)碼和2個(gè)字節(jié)的幀號(hào)。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。表23 命令幀結(jié)構(gòu)幀頭數(shù)據(jù)幀尾NONO CRC 累加和 幀號(hào)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。響應(yīng)幀中包含系統(tǒng)中所傳的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)幀分為命令幀和響應(yīng)幀。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(cuò)控制。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]。擴(kuò)頻信號(hào)采用相移鍵控調(diào)制后由天線發(fā)射出去。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。基站總線傳輸速率為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?，無輪詢系統(tǒng)的等待時(shí)間，采用點(diǎn)對(duì)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(qǐng)專用頻點(diǎn)，設(shè)計(jì)傳輸距離大于100Km。然后經(jīng)過無線傳輸將數(shù)據(jù)傳給中心采油平臺(tái)，中心平臺(tái)可分別與不同的衛(wèi)星平臺(tái)建立聯(lián)系，查詢各測點(diǎn)的數(shù)據(jù)[12]。本系統(tǒng)包括一個(gè)主站（中心采油平臺(tái)）和2個(gè)子站（衛(wèi)星采油平臺(tái)），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(duì)兩個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、傳輸、處理和控制。考慮到現(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(tái)和采油中心平臺(tái)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。下面是幾種無線通信方式的性能對(duì)比，見表 22。微波通信可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)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。由于專網(wǎng)的覆蓋范圍有限，不利于全局整體控制。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。專用網(wǎng)絡(luò)通信（1） 無線數(shù)傳電臺(tái)數(shù)傳電臺(tái)（data radio）是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)的簡稱。（3） CDMA技術(shù)碼分多址（CodeDivision Multiple Access）是數(shù)字移動(dòng)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(duì)移動(dòng)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。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。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。SMS（Short Messaging Service，短消息服務(wù)）是一種使得移動(dòng)設(shè)備可以發(fā)送和接收文本信息的技術(shù)。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)。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(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動(dòng)通信技術(shù)。下面對(duì)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)。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。表21 監(jiān)控系統(tǒng)通信方式性能對(duì)比表通信方式可靠性可移動(dòng)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)。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(tái)間利用無線通信方式實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)傳輸比有線通信安全、方便、穩(wěn)定和快捷。（2） 一般有線通信的質(zhì)量會(huì)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(huì)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(huì)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。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(tái)布局隨著產(chǎn)量變化而變化的要求。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]。報(bào)警聯(lián)動(dòng)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(huì)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)出事地點(diǎn)，并自動(dòng)調(diào)焦進(jìn)行錄像。設(shè)備現(xiàn)場(現(xiàn)場控制箱)的“自動(dòng)／手動(dòng)”選擇開關(guān)打向現(xiàn)場手動(dòng)，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(dòng)及停止。現(xiàn)場手動(dòng)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。操作員在上位機(jī)CRT上，利用鼠標(biāo)—對(duì)—選擇設(shè)備，在彈出的對(duì)話框中選自動(dòng)或停止。軟手動(dòng)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。另外在自動(dòng)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。用鍵盤或鼠標(biāo)選擇工藝流程控制參數(shù)后，連同啟動(dòng)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(dòng)啟動(dòng)流程或停止流程。主控室控制柜面板上“計(jì)算機(jī)自動(dòng)／現(xiàn)場手動(dòng)”操作開關(guān)打向計(jì)算機(jī)自動(dòng)方式，系統(tǒng)受自動(dòng)控制裝置監(jiān)視控制。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)。在操作站上發(fā)計(jì)量開始命令，通過對(duì)液量、密度、溫度、氣量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對(duì)液量和氣量進(jìn)行累計(jì)得出液量、氣量累計(jì)值。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(tái)和陸地站。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。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。（6） 電加熱器的控制對(duì)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。安全閥關(guān)斷的程序：對(duì)機(jī)采井先自動(dòng)停泵，再控制關(guān)閉井口井下安全閥；對(duì)自噴井，直接控制安全閥關(guān)閉。平臺(tái)油井的安全閥系統(tǒng)不能通過平臺(tái)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(tái)站向平臺(tái)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(dòng)關(guān)斷。（4） 緊急切斷閥控制在平臺(tái)原油匯管入海管處設(shè)緊急關(guān)斷閥，能達(dá)到平臺(tái)與海管隔離的目的，將可能出現(xiàn)的污染降低到最低程度，保證平臺(tái)安全生產(chǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)機(jī)采井泵的遠(yuǎn)程啟停。在計(jì)量分離器上裝有一體化壓力變送器、液位傳感器以及相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥。要求視頻圖象能夠傳輸?shù)街行钠脚_(tái)監(jiān)控中心。還可采集海底管線壓力、溫度、流量、密度、電加熱器進(jìn)、出口溫度、分離器壓力、井下壓力等生產(chǎn)參數(shù)。海上自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)充分考慮到這個(gè)因素，每口電泵井都安裝三相電流傳感器、電壓傳感器、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、油壓、套壓、回壓壓力變送器、油溫變送器、啟?？刂蒲b置，以及保護(hù)中心裝置；每口螺桿泵井安裝電流傳感器、電壓傳感器、啟?？刂蒲b置?；馂?zāi)檢測、報(bào)警。 平臺(tái)匯管出口緊急關(guān)斷。油、氣、水自動(dòng)計(jì)量。匯管油溫檢測，匯管壓力檢測及高低限報(bào)警，海管流量及密度。由于衛(wèi)星平臺(tái)數(shù)量多且分散，耗費(fèi)大量的工程投資，又難以管理，因此，測控的主要對(duì)象是衛(wèi)星平臺(tái)，衛(wèi)星平臺(tái)的測控參數(shù)為：井口：油溫、油壓、套壓、安全閥壓力檢測，觀察井的井下壓力、井下溫度檢測，遙控關(guān)閉井口、井下安全閥，電泵或螺桿泵的電流、電壓、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、停泵報(bào)警、遙控啟停。第二類是生產(chǎn)管理需要的：油溫、油壓、回壓、套壓、井下壓力和溫度、注水壓力、電泵運(yùn)行參數(shù)、油氣水計(jì)量、注水計(jì)量等、海管干溫、干壓、流量、密度。 系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)的確定第一類是安全生產(chǎn)必須的：溫度、壓力、液位高低限報(bào)警，電泵停泵報(bào)警、遙控電泵啟停，遙控關(guān)閉井上井下安全閥及遙控緊急關(guān)斷，火災(zāi)、可燃?xì)怏w檢測報(bào)警，消防等。 在中心平臺(tái)上監(jiān)控系統(tǒng)要求的功能較強(qiáng)，邏輯關(guān)系較復(fù)雜。在這些設(shè)備上分布著眾多的檢測和控制點(diǎn)，如計(jì)量分離器液位、液位開關(guān)，加熱器溫度檢測、調(diào)節(jié)、開關(guān)控制，采油電泵的電流、電壓檢測，缺相、短路檢測，遙控開關(guān)井等[6]。衛(wèi)星平臺(tái)之間和衛(wèi)星平臺(tái)到中心平臺(tái)之間供電采用海底電纜，油氣輸送采用海底管道來完成。整個(gè)埕島油田由兩座中心平臺(tái)和36座衛(wèi)星平臺(tái)構(gòu)成。水源井注水是從采水地層，利用深井泵將地層水抽出，經(jīng)粗、細(xì)過濾器濾掉懸浮顆粒達(dá)要求后，經(jīng)注水泵將地層水注入到油層中。海水通過海水提升泵抽到平臺(tái)甲板上，經(jīng)粗、細(xì)過濾器過濾掉懸浮固體，再進(jìn)入脫氧塔中脫去海水中的氧，脫氧后的海水經(jīng)增壓泵，注水泵注入到地層中去。注水系統(tǒng)從注水的來源不同而分為三類：注海水、注地層水和污水回注。近年來發(fā)展了水力旋流器處理含油污水。（3）水處理系統(tǒng)水處理系統(tǒng)包括含油污水處理系統(tǒng)和注水系統(tǒng)。多余的天然氣可通過火炬臂上的火炬頭燒掉。對(duì)于某些油田來說，天然氣經(jīng)壓縮可供注氣或氣舉使用。分離器分離出的天然氣進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)中，燃料氣系統(tǒng)將天然氣脫水后分配到各個(gè)用戶。一般情況下，海上原油的儲(chǔ)存周期為 7~10天。處理合格的原油需要儲(chǔ)存。分離出的原油如果含鹽量比較高，會(huì)對(duì)煉廠加工帶來危害，影響原油的售價(jià)，因此有些油田還要增加脫鹽設(shè)備進(jìn)行脫鹽處理。（2）油氣處理系統(tǒng)從生產(chǎn)管匯匯集的井液輸送至三相分離器中，三相分離器將油、氣、水進(jìn)行初步分離。液相采用油水分析儀測量含水率，從而測算出單井油氣水產(chǎn)量。測試管匯分別將每口井的產(chǎn)出井液輸送到計(jì)量分離器中進(jìn)行分離并計(jì)量。由于電潛泵井需進(jìn)行檢泵作業(yè)，因此平臺(tái)上需設(shè)置可移動(dòng)式修井機(jī)進(jìn)行修井作業(yè)，或用自升式鉆井船進(jìn)行修井。（1）油氣的開采和匯集海上油氣的開采方式與陸上基本相同，分為自噴和人工舉升兩種。本章小結(jié)本章節(jié)首先闡述了本課題研究的背景及意義，然后說明了遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的原理、分類、發(fā)展史及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，同時(shí)也分析了目前國內(nèi)外海上油田監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后，對(duì)本論文即將要完成的工作給予了說明。（6）選用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)監(jiān)控組態(tài)畫面。（4）采用模糊PID控制理論，設(shè)計(jì)控制算法，實(shí)現(xiàn)液位、溫度等的高效、準(zhǔn)確控制。（2）深入分析了國內(nèi)外油田的監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，應(yīng)用PLC與微機(jī)相結(jié)合的方法，采用以PLC為核心的遠(yuǎn)程終端（RTU）的設(shè)計(jì)，完成DCS系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)。在埕島油田，提出了一套全新的衛(wèi)星平臺(tái)無人值守、中心平臺(tái)少人值守的生產(chǎn)模式，為達(dá)到這個(gè)目的，先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)是保證?，F(xiàn)在開發(fā)的僅有渤海、南海的油田。平臺(tái)上裝有油氣水處理設(shè)置、鉆井設(shè)備、油氣存儲(chǔ)、水和天然氣的回注裝置及發(fā)電機(jī)等所有設(shè)備都安全置于海上的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上，這些平臺(tái)都實(shí)施了自動(dòng)化程度較高的管理。RS3有200多個(gè)過程圖形和系統(tǒng)功能幫助操作員進(jìn)行管理，為整個(gè)D35的生產(chǎn)提供了大信息量的高效型控制和監(jiān)測。它還可對(duì)上開放，與站內(nèi)的管理信息系統(tǒng)聯(lián)接。它采用FisherRosmount提供和安裝的海上DCS系統(tǒng)，配套包括智能儀表和一整套的RS3在內(nèi)的先進(jìn)設(shè)備。日趨成熟的“現(xiàn)場總線技術(shù)”可望取代長期為人所接受的4—20mA類標(biāo)準(zhǔn)[5]。這種做法，可使關(guān)鍵的數(shù)據(jù)在“單窗口”操作員工作上顯示和控制，提高了工作效率。80年代的灘海大型平臺(tái)自動(dòng)化系統(tǒng)由過程控制、緊急停車、火災(zāi)可燃?xì)怏w檢測、海底控制、流量計(jì)量和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)構(gòu)成。 國外海上油田監(jiān)控技術(shù)國外從事海上石油開發(fā)以近百年，迄今積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。油田生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)可分為兩大組成部分：一部分是SCADA（過程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）或DCS（分布式控制系統(tǒng)），這也是石油行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的兩種基本模式；另一部分是用來保護(hù)工藝設(shè)備、人身安全、保護(hù)環(huán)境、減少和避免事故發(fā)生的ESD（緊急關(guān)斷）系統(tǒng)，以及滿足油田生產(chǎn)需要的變配電和通訊系統(tǒng)的自動(dòng)化。海上石油天然氣行業(yè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：（1）采油平臺(tái)之間距離一般比較大（幾公里至幾十公里），因此要求長距離傳輸；（2）井站的無人值守遠(yuǎn)程控制決定了要具備能抵抗惡劣天氣環(huán)境的能力；（3）整個(gè)系統(tǒng)龐大，監(jiān)測井站數(shù)量多，要求通信系統(tǒng)速率要高，輪詢響應(yīng)時(shí)間快；（4）石油天然氣行業(yè)為國家的能源基礎(chǔ)，其所采用工控系統(tǒng)都是最先進(jìn)可靠的設(shè)備，所以作為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，通信鏈路也必須要可靠穩(wěn)定且性能優(yōu)異。 海上油田監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀油氣田自動(dòng)化技術(shù)的基本內(nèi)容，一般來說就是采用合適的自動(dòng)化設(shè)備對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測、分析和控制。遠(yuǎn)程監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)信息的快速采集、綜合處理，利用及時(shí)的信息提高管理決策水平。（3）通信質(zhì)量的提高對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有重大影響，目前許多單位都在對(duì)如何提高通信質(zhì)量問題進(jìn)行研究。當(dāng)前遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展有如下特點(diǎn):（1）硬件、軟件采用模塊式、分布式結(jié)構(gòu)性能良好的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及成套的軟件開發(fā)包為用戶的開發(fā)和使用帶來了極大的便利，并逐漸走向開放化、標(biāo)準(zhǔn)化。目前，我國正處于Internet發(fā)展的初級(jí)階段，對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)也展開了積極的研究，主要集中于各大學(xué)。隨后，由這些公司合作共同推出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的系統(tǒng)TESTBED，該系統(tǒng)可以初步在Internet網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)信息監(jiān)控和故障會(huì)診，但該系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)，只是起到了一種研究的作用。對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，國內(nèi)外都展開了積極的研究。監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：單機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，即用單臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控集中式監(jiān)控系統(tǒng)；由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，由其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)