工業無線監控系統促銷方案

1 摘要
油田的一個采油廠由多口油井、計量站、管匯閥組，轉油站，聯合站、原油外輸系統、油罐以及油田的其它分散設施組成，那么整個采油廠的各種設施的工作狀態及采出油品的數據（主要有溫度、壓力、流量等）就直接關系到油田生產的穩定及原油質量。目前大多由人工每日定時檢查設備運行情況并測量、統計采油數據。由于油井數量多且分布范圍由幾十至上百平方公里，這種方式必然使工人勞動強度加重，并且影響了設備監控與采油數據的實時性，甚至準確性。也同時存在筆誤，作假等隱患。這樣會導致上層無法正確了解到現場的真實情況，并且不能根據生產所消耗的實際勞動力等數據，制定較有效、靈活的處理方案。所以油廠的自動化、信息化就顯得極為突出。
隨著網絡信息化的飛速發展和生產數據的日積月累，采用傳統的管理方式和數據手工記錄模式已不能滿足現代企業的發展要求。生產信息的實時采集、數據統計和查詢的網絡化已成為現代企業提高工作效率，降低生產成本的有效手段。要實現現場數據和設備信息的實時采集和數據分析，指令的遠程下達以及對設備的控制等功能，迫切要求分布廣泛的現場生產數據實現網絡化。
為了實現油田數據信息化、網絡化，實現數據全局共享，廠長、總工等管理人員利用現有的網絡系統查看其監控點的數據，打破各個監控現場相互之間長期形成的“信息孤島”局面，本系統采用目前國際上最先進的遠程監控系統，利用現有的局域網絡基礎，通過網際組態軟件WebAccess的遠程數據傳輸功能，實現數據的網間共享以及實時監控。本方案詳細的從網絡架構、采集原理、記錄方式、數據通訊規約、網絡安全等多方面，并對油田廣泛分布各地的監控站點的數據信息提出完整的監控解決方案。

2 系統總架構圖


完整的油田監控系統應分為三層架構，分別是：采油現場的本地監控系統、信息中心的中心采集服務器、廠區內局域辦公網絡。
采油現場本地應有相對獨立的監控系統，現場的操作人員可以隨時對采油設備的運轉狀態、生產數據、工作參數進行監視和設置。各采油站現場根據其規模和功能，其監控對象的數量會有不同，而且各采油站也從管理的角度來分為有人值守和無人值守兩種，本系統架構圖中分別就有人值守和無人值守配置不同的解決方案。
由于油田的范圍很大，各監測點之間以及監測點與中心之間距離很遠，難以架設有線網絡，即使條件較好的油田架設有線網絡其前期投入成本及維護成本都非常高。所以本方案中推薦使用目前最為先進的無線技術GPRS作為通訊網絡傳輸介質。
信息中心作為收集各采油站的數據中心，負責接收從GPRS傳回的全部現場生產數據、設備狀態等原始數據。除了遠程監視現場的生產情況外，還可以對這個數據做有效的統計、分析。信息中心通常位于廠區內的有線局域網絡內，與辦公管理網相連接。信息中心的主機服務器將全部數據可以在網絡內進行發布。
廠區管理層的相關人員，即可通過辦公局域網絡直接登錄至信息中心的服務器上，進行實時的監視以及各類報表數據的查詢。還可以透過互聯網的接口讓出差在外地的工程師瀏覽數據。

3 采油站本地監控


采油站本地監控分前端采集模塊、集中采集控制器、監控主機三個部分在中間層數據采集控制器，采用了嵌入式數字控制器FAS-2046，由FAS-2046來實現收集整理下層設備采集的數據，并由它向上傳輸到監控主機。而前端數據采集模塊則選用研華公司的系列產品，其中主要以它的ADAM系列I/O模塊為主。這些I/O模塊支持多種形式的接口連接方式，與底層的現場設備進行連接。由于他們采用了獨特的架構設計，以及高性能的技術指標，可以讓這些控制器和模塊在惡劣的環境下正常工作，同時在面板設計方面也具有安裝簡單、靈活等特點。
FAS-2046控制器，采用目前經現場實際考驗并廣泛使用的實時OS技術，提供一套Windows CE.net解決方案，支持多種標準的網絡接口，兩個以太網、一個RS-232 和兩個RS-232/485 串行等通訊接口用于通訊。具有開放、可擴展以及無風扇無磁盤的設計優勢。自帶I/O，并且可以通過串口擴展遠端I/O。強大的圖形化編程工具（FAS-pro）支持對FAS-2046的控制邏輯開發，使他的控制效果更加出色。詳細資料可參見產品規格附錄的FAS2046產品規格。
而ADAM5510系列是通用傳感器到計算機的便卸式接口模塊，內置微處理器使其可以獨立提供智能信號調理，模擬量I/O，數字量I/O數據顯示和RS-485通訊等功能。ADAM5510系列分布式數據采集控制系統體積緊湊，符合現場總線的趨勢，對于象RS-485和Modbus等流行的現場總線架構，ADAM5510系列提供多種不同的數據采集系統，內置的可編程I/O范圍及報警輸出增強了系統設計的靈活性。它支持各種通訊介質，如雙絞線、無線調制解調器及光纖等。ADAM5510的選擇要根據現場的實際情況而確定具體的型號及規格。詳細資料可參見產品規格格附錄的Adam系列產品。
由于FAS-2046采用WinCE.Net為運行平臺，用戶可以自行開發設計應用程序，同步運行于FAS-2046系統，而且FAS-2046除擁3個串口外，還具備兩個以太網接口，其網絡通訊能力更強，較適合一些有特殊控制要求的環境。而ADAM5510用DOS環境，其系統封閉強，安全性、穩定性較高，采用插槽式自由配置I/O點比例，更加靈活。實際工程中，可根據實際情況和需要進行選擇。
現場配置工控機，作為現場監控主機，整個監控主機的監控內容全部由Webccess軟件的監控節點（SCADA）完成。WebAccess監控節點（Scada Node）能通過串口或以太網等通訊方式與下層的數據采集控制器FAS-2046或ADAM5510系列進行數據的傳送，即可以從控制器上抓取現場的各項數據，同時也可以向下發指令通過控制器來控制底層設備的運行操作變化。

3.1實時監控畫面

WebAccess監控節點（Scada Node）將實時采集從現場層送上來的現場重要數據（如：電壓、電流、含水率、含油率、壓力、溫度等），并將數據以圖文并茂的形式顯示于監控頁面中，監控人員可以根據屏幕顯示對現場的情況進行實時監視，掌握現在設備的運行情況，當現場發生任何變化（如有報警信息產生）WebAccess監控節點（Scada Node）將隨之變化并發出警報信息。


增壓站監控界面
在監控層的操作人員將第一時間內得到現場的警報信息，警報信息的表現方式除可以在屏幕上會有動畫/閃爍/列表等提示外，還可以以聲音/網絡E-MAIL/短信等方式通知不在現場的管理人員。

3.2實時和歷史曲線

每一個點的秒、分、時、日歷史數據都可以被記錄在監控節點中單獨的文件中。從而可以更加迅速的查看歷史曲線，點的歷史和實時數據可以同時在數據記錄曲線中瀏覽。


歷史記錄的最小間隔單位是秒，且根據不同的顯示方式進行統計分類存儲，保證在查看年度報表時無需重新計算，顯示速度快。
WebAccess還允許用戶自定義實時趨勢和歷史趨勢顯示樣式。

3.3數據記錄顯示

WebAccess監控節點（Scada Node）提供實時曲線、歷史曲線對數據進行顯示記錄，以方便用戶根據曲線走勢進行系統分析；還提供報表查詢、打印功能，有值班報、日報、月報，同時也可以根據需要，輸入起始時間、終止時間和采集頻率的不同而來查詢相應時間段的數據報表。還可以通過高級選項設定查詢數據的顯示類型，如最大值、最小值、平均值等。用戶可以直接將報表輸出打印或發送E-MAIL到指定郵箱。發送報表格式為HTML格式，可以輕松將報表導出到EXCEL等工具軟件進行處理加工。


報表數據效果圖
所有的數據都將存儲于本地硬盤，以便隨時查詢歷史記錄。
由于現場采集站根據其管理方式不同，而分為有人值守和無人值守，以上所介紹的是有人值守。相對于有人值守，無人值守的數據采集方式與有人值守完全相同，僅僅只是因為現場無操作人員，不需要配置監控主機，而是由FAS2046直接將現場信息透過網絡向上傳送，并直接接受上級下達的控制指令。

4 GPRS無線網絡通訊

目前在油田行業的網絡通訊方式有很多種，如：數字電臺、有線光纜等。而這些方式往往前期需要投入大量的資金建設基礎網絡，而且后期的檢修、設備更換、維護成本都非常高。相對于傳統的這些種網絡形式，GPRS具有投入小，安裝靈活方便，不受地理環境影響等特別。只要有手機信號覆蓋的地方都可以應用。且單點設備價格便宜。
GPRS 是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM 系統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數據業務。
GPRS 采用與GSM 同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發結構、同樣的跳頻規則以及同樣的TDMA 幀結構，這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話音業務信道極其相似。
因此，現有的基站子系統(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS 覆蓋。GPRS 允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。
GPRS 理論帶寬可達171.2Kb/s，實際應用帶寬大約在10~70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于INTERNET 連接、數據傳輸等應用。
GPRS 是一種新的移動數據通信業務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP。GPRS 采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用，數據傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術實現數據分組發送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。
此次方案推薦的是臺灣赫立訊所提供的MA8系列產品，是使用在機器對機器（Machine-to-Machine）、機器對人（Machine-to-Man）及人對機器（Man-to-Machine）應用的完整無線解決方案，包括MA8無線平臺及中心伺服器的PlugMaster軟件。
在硬件上MA8提供了工業標準的RS-232/RS-485介面及Digital I/O介面，可以針對各式的終端設備提供直接的串列連接，亦提供了圖形化Plugene軟件，具有協定分析、資料收集及任務管理等功能，讓終端設備以TCP/IP方式經由GPRS網絡及Internet與原有應用系統連接。PlugMaster軟件除負責終端設備的認證管理外，亦做到IP管理、資料存取及資料交換，應用系統因此可經由GPRS網絡與遠端設備雙向無線溝通，并導入資料庫管理，資料可以定時匯出、查詢及刪除，也可以完整地保存連線記錄及系統資訊。MA8設定簡單，毋需開發程式，便能設計完善的流程，設備能以最低成本導入無線解決方案。產品具有遠端設定功能，可透過GPRS網絡直接更改設定檔，應用及維護更加容易。
MA8不僅提供快速且具成本效益的通訊方案，更能在不必更動原有系統架構情況下，迅速開發應用系統。特別適合致力于縮短產品上市時程、增大應用彈性與提高附加價值的制造業及系統整合商使用。MA8的詳細規模請參閱規格附錄的赫立訊MA8系列產品規格。

5 信息中心監控服務器

信息中心通過路由器從互聯網或是GPRS數據網將全部現場信號收集上來，匯總至主機服務器中。主機服務器中安裝WebAccess工程節點（Project）&采集節點（SCADA），它負責接收數據和監控管理的全部工作。

5.1信息中心監控效果
主機服務器中即可以看到單獨的某個采油站的全部數據和監控畫面外，還可以在一幅畫面中按照地理位置顯示的全部采油站的綜合數據。其中包括曲線、報表、報警狀態、打印等等。


罐區監控效果圖

5.2雙機熱備的安全架構

由于考慮到系統的安全和穩定性，信息中心配置兩臺服務器，采用互為冗余和熱備的功能。正常情況下，由主機服務器負責與現場通訊，而熱備服務器從主機服務器抓取當前數據同步監視，并監聽主機正常狀態。當主機服務器出現故障時，熱備服務器會自動啟動，接管主機的全部工作以及與現場數據的接收和發送功能。當主機服務器恢復后，熱備服務器會自動將全部任務交回，并這段時間的數據傳回主機服務器，保證數據的連續性和完整性。整個過程全部自動完成，無需人為干預。

5.3歷史數據庫
由現場傳上來的數據將按照指定的時間刻度存入關系型歷史數據庫SQL中，存儲周期的定制可以是任意的秒、分、時單位，可自定義每一個監測源的記錄間距，將自動生成間隔區間的統計值到數據庫中。SQL數據庫可開放予第三方軟件提取，便于生產分析等其它應用。

5.4報警處理
當系統有報警產生時，操作員可以根據上圖中在線報警欄中的信息提示得知警報，同時，“在線警報”按鈕也會呈現紅色閃爍狀態，點擊進入“報警摘要”畫面中。在主畫面中，不同的報警信息也會有不同的報警顯示形式，WebAccess提供多媒體語音報警、動畫閃爍報警，彈出窗口報警、發送E-MAIL報警等，可以實現全方位的報警信息通報。在線報警欄中的報警信息，在每一個監控頁面都是相同的，無論在中控室還是辦公網絡內的監控站，可以讓操作人員最短時間內發現報警信息，解決故障。

5.5報表樣式
WebAccess提供報表格式有日報、月報、年報和值班報表，對生產車間中需要進行統計記錄的數據，可以將其加入到報表中，WebAccess可以對統計時間段內的數據自動生成最大值、最小值、平均值和總計值。用戶可以自定義值班報表，在每班結束后由WebAccess直接將報表輸出打印或發送E-MAIL到指定郵箱。發送報表格式為HTML格式，可以輕松將報表粘貼到EXCEL等工具軟件進行處理加工。而且所有的報表都是網頁的形式表現，也全部支持IE的訪問方式。


6 網絡信息發布及資源共享
位于信息中心的兩臺監控服務器與廠區內的局域網絡連接，在局域網內進行信息發布，這樣廠區管理層的人員都可以在它自己辦公室里的計算里隨時通過IE的方式訪問主機服務器內的全部數據和畫面.
每位瀏覽者都將擁有唯一的用戶名和密碼的身份驗證，它的用戶名決定它的監控范圍。雖然是采用IE的方式訪問現場數據，但所看到的全部數據及畫面與信息中心服務器的內容完全相同、效果也完全一樣。速度方面也不會任何的延時。


現場監控界面 遠程監控界面
通常廠區內的辦公管理網絡允許被連接到互聯網，這樣即使出差在外地的領導也同樣可以連回廠內訪問現場的數據。
信息中心的服務器提供多種接口技術與外界連接，支持ODBC、DDE、XML等多種國際標準的連接技術，可以方便的與廠內的MIS或ERP這類管理軟件相結合使用，為采油廠生產分析，成本核算提供原始數據。
由于油田工程分散性，傳統的監控方式的工程維護非常不方便，本方案的監控軟件WebAccess支持遠程維護功能，即維護工程師在任何地方都可以接入系統內部，查看系統故障、調整系統參數及畫面，提高維護的工作效率.



7 相關領域的應用
本方案雖是針對油田應用，但同樣適合以下幾種行業的應用。
較大型的流域內一般都會有很多為調節水位或通航而設立的小型閘站，每個閘站的規模較小，且閘站與閘站之間的距離較遠，而當地的管理中心需要集中對這些閘站統計管理、水利調度等工作。
河流的排污越來越受到市政環境部門的重視，嚴格管理工廠的排污標準，監督排放是否超標。同樣需要在流域兩側的各個工廠的排污源進行監測。

8 總結
本方案已經成功的運用在油田的監控上，并且取得了不錯得成績，受到了各方面的認可。成功的運用經驗，會讓油田管理更加得心應手。該方案可以實現油田的各個監控站點得運行數據網絡共享，大大地提高數據查詢效率，降低生產成本，方便管理，為實現油田數字化建設和先進管理打下了堅實基礎。

9 產品規格附錄

9.1Adam系列產品
ADAM-5510M/5510E對于PC基礎的數據采集和控制應用非常理想。它是緊湊的控制器，帶基于Intel x86 CPU 連續的Datalight ROM-DOS。內置后備電源SRAM是對復雜邏輯或數據保存應用最好的選擇。對于專業C/C++程序師，ADAM-5510系列應用程序可以被寫和編譯Turbo C，而且可以下載到ADAM-5510M/5510E。帶ADAM-5510M/5510E的動力，用戶能很容易的完成對于傳統控制器困難的特殊功能。
PC-based可編程通信控制器（ADAM-5510M/5510E）
內置1.5MFLASH和640KB SRAM，并具有384k電池備份數據區支持MOdbus/RTU 主站和從站函數庫采用c 語言的靈活控制內置實時時鐘和看門狗定時器4個通訊串口，并可擴展多個通信串口

8路高速模擬量輸入模塊（ADAM-5017H）有效分辨率：12位，外加符號位輸入類型：mV, V, mA 隔離電壓：3000 VDC 帶寬：1000 Hz 每個通道均可設置不同的量程精確度：±0.1%或更高高采樣速率：ADAM-5000/485&5000E: 100采樣點/秒，ADAM-5510M& ADAM-5511:最大8000采樣點/秒
4路模擬量輸出模塊（ADAM-5024）
通道：4
路有效分辨率：12位
輸出范圍：隔離電壓
輸出類型：mV,V
隔離電壓：3000VDC
采樣速率：10采樣點/秒
精確度：滿量程的±0.1%
分辨率：滿量程的±0.015%

8路隔離數字量輸入模塊（ADAM-5052）
通道：8
路數字量輸入電平：邏輯電平0：+1 V max
隔離電壓：5000 Vrms
功耗：0.21 W (典型); 0.27 W (最大)

6路繼電器輸出模塊（ADAM-5060）
通道：6路繼電器，2個A型，4個C型
觸點容量：AC: 125 V @ 0.6 A; 250 V @ 0.3 A
擊穿電壓：500VAC (50/60 Hz)
繼電器接通時間（典型）：3毫秒
繼電器斷開時間（典型）：1毫秒
總切換時間：10毫秒
絕緣電阻：1000 MΩ(最低500VDC）

9.2FAS2046產品規格
FAS-2046專為自動化的各種應用而開發，支持WinCE.NET。體積輕巧，運行穩定，能適應各種惡劣的工作環境。
FAS-2046的接口資源十分豐富，它自帶有4種I/O通道，能直接和現場的傳感器連接采集模擬點和數字量點，通過Local總線還能擴展本地I/O通道，最多可擴展到230個本地I/O點。此外，它還帶有3個RS232/RS485串口，能連接一些遠端的I/O設備。2個RJ-45口賦予它強大的網絡通訊能力，VGA接口和PS2接口提供了完善的人機交互功能。

lIntel PXA255 處理器400Mhz；l板載64MB SDRAM；l兩個10/100 Base-T RJ-45 接口；l32 MbCF卡（可選）用于系統和用戶程序；l自帶I/O通道：24×DI、8×DO、8×UI和6×AO；l一個RS232和兩個RS485串行接口；l可擴展I/O通道：最多可達230點；l標準的DB-15針VGA接口；lPS2鼠標鍵盤接口。l內嵌Windows CE.net；l使用自帶的編程軟件FBBuilderl執行軟件使用FBRun

9.3 赫立訊MA8系列產品規格

MA8-9ib - The GPRS Transparent Terminal With SMS Backup
采用GPRS 900/1800/1900 系統頻段 Class 10 (4+2)模塊
提供短消息備援，在GPRS斷線時自動啟用
提供RS-232/RS-485接口
鐵殼設計(70x102x27mm L*W*H)
功耗低, 待機時僅 0.27W
內建Watchdog芯片
自動重新聯機功能
提供短消息通數限制，以控制通訊成本
可設定短消息撥出入號碼，以確保通訊安全
提供遠程更改參數功能
提供圖形化接口設定程序 Plugene™，使用者不需撰寫程序
提供中心端控制軟件PlugMaster™, 可與用戶應用程序聯機
提供UDP/TCP二種通訊協議
電源輸入：DC 9V~30V，操作溫度：-20°C~85°C


MA8-9ie - The GPRS Transparent Terminal With Even Trigger
采用GPRS 900/1800/1900 系統頻段 Class 10 (4+2)模塊
提供RS-232/RS-485接口
鐵殼設計(70x102x27mm L*W*H)
功耗低：待機時僅 0.27W
內建Watchdog芯片
自動重新聯機功能
提供數據觸發功能
提供定時傳送功能
提供中心呼叫功能
提供遠程更改參數功能
提供圖形化接口設定程序 Plugene™，使用者不需撰寫程序
提供中心端控制軟件PlugMaster™, 可與用戶應用程序聯機
提供UDP/TCP二種通訊協議
電源輸入：DC 9V~30V，操作溫度：-20°C~85°C

9.4 WebAccess技術規格
· 提供專門報警窗口，當警報產生自動調用警報圖表，并以圖形、E-MAIL、聲音等多種方式發布警報信號
· 警報事件發生及處理順序記錄
· 操作事件順序記錄，記錄全部事件修改處理過程
· 遠程全功能診斷維護，實現場身臨其境的操作維護界面
· 以時間或X-Y軸方式繪制數據的實時和歷史趨勢曲線
· 讓排程功能配合現場時間規劃達到節能效果
· 支持視頻畫面的集成，同步顯示現場的真實情況
· 現場可以不使用瀏覽器的常規瀏覽方式更適合現場的管理及控制
· 日、月、年采用HTML報表方式顯示
· 系統模板自帶概觀顯示、區塊詳情、詳細點等信息頁面
· 監控時僅傳遞實時數據，解決網絡帶寬瓶頸問題
· 監控頁的任意縮放
· 詳細的系統運行記錄
· 通過E-mail方式定期發送報表及警報信息
· 嚴密的管理權限設置，嚴格控制操作權限范圍
· 免費的網絡客戶端任意擴展
· 圖形化動態的數據顯示方式
· 全中文顯示界面
· 詳細的警報產生及處理過程記錄
· ODBC、DDE、OPC、DLL多種標準的第三方數據接口
· 互聯網防火墻設置、多疊式安全等級