克拉瑪依油田地處遠(yuǎn)離市區(qū)的荒漠地帶，目前許多采油區(qū)還不具備大量密集使用4G 的條件。針對克拉瑪依油田的實(shí)際情況，重油公司A11物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)方案對ZigBee通信設(shè)備的傳輸距離指標(biāo)設(shè)定為500米(中石油A11無線變送器傳輸距離指標(biāo)設(shè)定為300米)，近幾年重油公司物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)(單井?dāng)?shù)據(jù)采集)，投用了大量的中石油A11招標(biāo)入圍供應(yīng)商提供的壓力、溫度變送器。

實(shí)踐測試證實(shí)，受具體安裝位置的限制與周邊環(huán)境的影響，投用的這批壓力、溫度變送器其無線傳輸距離只有10m～120m左右，與中石油A11無線通信設(shè)備300米的指標(biāo)和重油公司A11無線通信500米的指標(biāo)相差很大，數(shù)據(jù)無法采集傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)。為能從根本上解決現(xiàn)存問題，經(jīng)研究和實(shí)驗(yàn)測試確定，需實(shí)施引用一批數(shù)據(jù)中繼設(shè)備，將中石油A11招標(biāo)入圍無線通信設(shè)備的傳輸距離擴(kuò)展到500米以上，以適應(yīng)新疆克拉瑪依油田的實(shí)際需要。

數(shù)據(jù)采集器(數(shù)據(jù)采集中繼)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造及現(xiàn)場工程實(shí)施嚴(yán)格遵循國際、國家、中國石油天然氣股份有限公司現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。列表如下：

GB/T 34039-2017 遠(yuǎn)程終端單元(RTU)技術(shù)規(guī)范

GB 30439.1-2013 工業(yè)自動化產(chǎn)品安全要求

HG/T 20507-2014 自動化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范

GB/Z 16656.1002-2010 工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成，產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換

GB 50093-2013 自動化儀表工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(附條文說明)

GB50055-2011 通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范

一、數(shù)據(jù)采集中繼設(shè)備構(gòu)成與工作原理

數(shù)據(jù)采集中繼器由Digi ZigBee協(xié)調(diào)器、數(shù)據(jù)采集中繼器(路由)兩個(gè)核心數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集中繼器內(nèi)置Digi ZigBee協(xié)調(diào)器，用于接收附近多個(gè)相同網(wǎng)絡(luò)識別碼A11+GRM協(xié)議變送器數(shù)據(jù)，由內(nèi)部總線傳遞到數(shù)據(jù)中繼路由模塊，數(shù)據(jù)采集中繼路由核心處理器可實(shí)時(shí)讀取電參、壓力、溫度和其它遠(yuǎn)程儀表數(shù)據(jù)，經(jīng)壓縮處理后，通過ZigBee無線網(wǎng)橋鏈路，實(shí)施無線遠(yuǎn)程傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)設(shè)備。

數(shù)據(jù)采集中繼器是實(shí)時(shí)路由轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可鏈接多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備或中繼器，當(dāng)接收到無線采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí),即刻轉(zhuǎn)發(fā)到無線網(wǎng)橋鏈路直至數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)。

數(shù)據(jù)采集中繼器可實(shí)時(shí)雙向通信，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)下傳指令時(shí)，即刻轉(zhuǎn)發(fā)給控制單元處理完成相應(yīng)的控制操作。

數(shù)據(jù)采集中繼器由多插座底板和不同功能模塊插件電路板組成，可根據(jù)需要選配不同的功能模塊插件。數(shù)據(jù)采集中繼器具備24VDC轉(zhuǎn)5VDC和太陽能加鋰電池組兩種工作電源，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選用不同的工作電源。

二、安裝實(shí)施方案與技術(shù)需求

數(shù)據(jù)采集中繼器其主體電路板需加隔離外殼，安裝在抽油井配電箱的弱電箱內(nèi)襯板上，由24VDC轉(zhuǎn)5VDC電源供電(沒有供電的注汽井采用自備太陽能加鋰電池組電源供電)。

數(shù)據(jù)采集中繼器兼容采集器控制終端全部功能。其電參模塊通過485線纜與數(shù)據(jù)采集中繼器主體相連接，電參模塊安裝在配電箱的弱電箱內(nèi)襯板上，電參模塊控制端口和信號采集端口通過導(dǎo)線連接到相應(yīng)的觸點(diǎn)上，雙吸盤天線引出放在配電箱體上方。

如下圖所示：

三、坑洼土丘地貌采集網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

克拉瑪依油田重油作業(yè)區(qū)地形復(fù)雜，丘陵與坑洼盆地相間，油井分布地域大且地貌多樣化。采油作業(yè)區(qū)只有部分的管理站實(shí)現(xiàn)了光纖網(wǎng)絡(luò)通信，有些區(qū)域(井位)還不具備4G通信條件，采用無線方式直傳到中心站或4G設(shè)備的星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，存在大量的通信盲區(qū)和網(wǎng)絡(luò)死角。采用ZigBee網(wǎng)橋與樹狀采集傳輸網(wǎng)絡(luò)，是目前實(shí)現(xiàn)規(guī)避土丘坑洼遮擋障礙，最簡單有效和綜合造價(jià)低廉的最佳模式。

選擇合理的路由采集器地址對于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的影響非常大，為了適應(yīng)任意選址的需要，路由采集器必須具備自帶不間斷工作電源和不斷電更換電池(約4年一次)功能。采油作業(yè)區(qū)路由器一般建立在相對位置較高處，以擴(kuò)大覆蓋面積減少投資。因?yàn)閆igBee 信號的波形的特性決定，位置過高也會適得其反，為保證最佳覆蓋面，除了能夠選擇合適的地址外，還要具備根據(jù)不同的地形選址的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)措施。

數(shù)據(jù)采集傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖：

四、系統(tǒng)設(shè)備性能及技術(shù)指標(biāo)

1. 數(shù)據(jù)采集中繼器傳輸采用無線2.4G開放頻段，數(shù)據(jù)采集中繼器直傳距離500米(空曠地段無轉(zhuǎn)發(fā)1km)，通過ZigBee網(wǎng)橋覆蓋區(qū)域直徑2000米，通過路由可實(shí)現(xiàn)無盲點(diǎn)通信;

2. 數(shù)據(jù)采集中繼器可接入標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸出儀表;2路開關(guān)量采集接入抽油機(jī)啟/停狀態(tài)和手動/自動狀態(tài);2路繼電器輸出接控制抽油機(jī)啟/停觸點(diǎn);DC24V工作電源;RS485接口通信，標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議MODBUS-RTU;

3. 數(shù)據(jù)采集中繼器無休眠運(yùn)行工作，能夠自動復(fù)位聯(lián)網(wǎng)(采集器具備自動復(fù)位連網(wǎng)功能，當(dāng)終端與采集網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)時(shí)，采集終端系統(tǒng)軟件自動復(fù)位連網(wǎng)，直至連接成功)。

4. 系統(tǒng)設(shè)備能夠適應(yīng)新疆油田惡劣環(huán)境與氣候條件下使用(氣溫-40℃～75℃，戈壁灘風(fēng)力可達(dá)14級);

5. 系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)可配置劃分油井管理區(qū)域范圍，能夠自動檢測和標(biāo)識管理區(qū)域內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障，能夠配置網(wǎng)絡(luò)接口(網(wǎng)關(guān)、掩碼、油田私網(wǎng)IP和外網(wǎng)IP),適應(yīng)Modebus TCP通信協(xié)議與后臺組態(tài)管理系統(tǒng)對接;

6. 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版(IPV6);

7. 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠適應(yīng)惡劣環(huán)境及高寒高溫氣候條件下運(yùn)行，平均數(shù)據(jù)上線率98%以上(人為造成的故障除外);

8. 系統(tǒng)井口采集器為本質(zhì)安全防爆設(shè)計(jì)、隔爆多重防護(hù)，具備不低于EXibⅡC4Gb 防爆等級證。

從以上可以看出：

1.數(shù)據(jù)采集器設(shè)備主要用于中繼擴(kuò)展A11+GRM協(xié)議設(shè)備DIGI ZigBee通信傳輸距離達(dá)500米以上，實(shí)時(shí)采集A11+GRM協(xié)議設(shè)備數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)，能夠自動鏈接多個(gè)中繼建立通信鏈路，可多級擴(kuò)展無線傳輸距離和規(guī)避土丘坑洼遮擋障礙，通過ZigBee無線網(wǎng)橋(中繼鏈路)實(shí)現(xiàn)采油區(qū)無盲點(diǎn)通信監(jiān)控，保障油田無敷設(shè)公網(wǎng)通信設(shè)施區(qū)域的雙向通信和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)上線率。

2.數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)品用于新疆油田抽油機(jī)(井)工況參數(shù)采集與無線遠(yuǎn)程傳輸及實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)。

3.數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)品能夠適應(yīng)新疆油田惡劣環(huán)境與氣候條件下使用，其技術(shù)指標(biāo)能夠滿足不同作業(yè)區(qū)(稀油、稠油熱采)生產(chǎn)上的實(shí)際需求。

4.數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)品，主要看重Digi ZigBee模塊的功能和特點(diǎn)是：1)低功耗;2)滿足傳輸距離;3)組網(wǎng)功能;4)簡單易用，穩(wěn)定可靠，性價(jià)比高。

審核編輯：湯梓紅