油井远程监控系统方案.doc

油井远程监控系统方案
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2009-2-9
刘翔
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1. 概述 4
. 名词解释 4
. 系统架构 5
2. 现有设备 5
3. 需求目标 5
4. 功能描述 6
. 终端控制基站 6
. 功能 6
. 实现 6
. 作业面监控中心 7
. 功能 7
. 实现 8
. 总部数据中心 8
. 功能 8
. 实现 8
5. 非功能性需求 9
. 野外环境适应性 9
. 数据传送安全性 9
. 野外无线控制信号安全性 9
. 因特网数据封装安全性 9
6. 效果预测 9
概述
名词解释
51系列单片机:8051系列属于8位单片机,在工业产品中主要用于逻辑控制。
RTL8019AS:RTL8019AS是一种全双工即插即用的以太网控制器,。
:一种网络协议。描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法,在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式。
ARP协议:是“Address Resolution Protocol”(地址解析协议)的缩写,基本功能就是通过目标设备的IP地址,查询目标设备的MAC地址,以保证通信的顺利进行。
TCP/IP协议:TCP/IP(Transmission Control Protocol/ Protocol的简写,中文译名为传输控制协议/互联网络协议)。
UTP:无屏蔽双绞线。
RJ45:由IEC (60)603-7标准化, 使用由国际性的接插件标准定义的8个位置(8针)的模块化插孔或者插头。
路由器:是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。
中继器:是网络物理层上面的连接设备。适用于完全相同的两类网络的互连,主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发,来扩大网络传输的距离。
应用程序服务器:提供主要业务逻辑管理控制的软硬件系统。
数据库服务器:提供数据维护与管理工作的软硬件系统。
WEB服务器:称为E WEB)服务器,主要功能是提供网上信息浏览服务。
终端:提供人机交互界面的计算机,从服务器上获取数据,并发送用户的输入指令。
系统架构
图表 1 油井监控综合架构图
现有设备
数控抽油机控制箱。
数控抽油机摇控器。
现有设备已可完成对油井井架的远程数控监控。通过手持摇控器与井架上的数控抽油机控制箱进行通信,有效距离在300米。
需求目标
前端数据采集器可以向各井架定时发送控制指令,井上的数控控制箱接收到指令后将当前井架的相关状态数据发送到前端数据采集器。
前端数据采集器将数据通过连接着的无线路由发送到中继器或是作业面服务器。
监控人员可以通过油井作业面的终端查看作业面内所有井架的状态信息。
监控人员可以通过油井作业面的终端查看各前端数据采集器的状态信息。
监控人员可以通过油井作业面的终端向特定井架发送控制消息。
监控人员可以通过油井作业面的终端向特定前端数据采集器发送控制消息(如重新启动等)。
总部监控终端可以查看各油井作业面的汇总信息。
功能描述
终端控制基站
图表 2 终端控制基站
功能
终端控制基站由井架收发终端、前端数据采集器和中继器组成。
通过设置数据采集器的采集频率,可以按照一定时间间隔反复向其覆盖范围内的所有井架信号终端发送获取井架状态数据的控制指令。数据采集器还可以接受远程的控制指令,以完成重新启动、向某个井架发送控制指令等功能。
与数据采集器直接相连的是无线网络收发设备。。通过数据采集器和无线网络收发设备终端组成一个小型基站,每个基站通过无线中继器与一个油田作业面的服务器进行通信。
实现
该部分硬件方面包括井架收发终端、前端数据采集器和无线中继器。
井架收发终端可以使用现有的设备。
前端数据采集器主要由51系列芯片、RTL8019AS芯片和现有的手持摇控信号收发部分的改进电路组成。其中51芯片作为主控芯片,通过编码程序将从井架获取到的数据进行ARP数据封装,再控制RTL8019AS芯片通过TCP/IP协议发送。由RTL8019AS芯片组成的网络通信部分采用UTP(无屏蔽双绞线)RJ45作为其标准端口,,可与无线路由器直接相连。数据可通过中继器一级级发送到作业面中心服务器。
软件部分主要是对51系列单片机进行编程,以驱动和控制数据收集与指令发送,并将数据编码后以符