油田转接站的无线仪表通信方案设计与应用
针对油田转接站建设要求，基于ZigBee技术提出了新的无线通信方案，该方案通过对测试信号的频率类型及重要性分析，分别采用无线和有线方式进行通信。经现场测试该方案在满足站内仪表和其他设备通信需求的同时具有节约建设成本、缩短施工周期、通信安全稳定、组网方便、可拓展性强等特点，并能够支持其他通信协议和仪表的通信拓展。
【关键词】数字化油田 通信方案设计 无线仪表 转接站 ZigBee
目前油田站点建设大多基于现场总线技术，使用有线仪表采集所需参数，实现各个参数的监控功能。有线仪表具有性能可靠、信号稳定等特点。随着油田生产自动化控制技术不断提高，采用有线接入方式存在以下几个问题：系统可拓展性差、电缆铺设工程量大且成本高、施工周期长、维护效率低等。无线仪表的出现为解决以上问题提供了新的方案。
1 无线仪表应用现状
无线监测仪表应用于油田建设和生产中，无论从运行性能还是成本考虑都具有较大优势，而且安全可靠，可广泛应用于传统采用有线方案的上游作业中。采用无线仪表的优势主要体现在：项目周期短、调试简单、稳定性好、系统可拓展性强、成本低、组网方式灵活等。常见的无线仪表通信技术主要有以下几种：ZigBee技术、无线HART技术、WIA-PA 技术、WiFi技术。
2 方案设计
该站包含油气集输系统、水处理系统、注水系统等设施。根据油田采油信息中心的要求实现对站内集输系统、水处理、消防系统等内容的生产过程监视和管理，实现重要生产过程的自动控制，达到降低员工劳动强度、提高油田管理水平的目的。该方案设计要求在保证系统运行可靠稳定的前提下实现无线通信。
2.1 选用方案
选用有线与无线结合的原则，对部分有线仪表测量数据选用阀组间协议箱进行数据整合，同时对阀组间协议箱进行改造，实现无线传输。总体形成无线仪表（端点）+路由+网关（协调器）的ZigBee仪表数据采集网络框架。
2.2 通信方案设计
通信方案设计主要包括：标准无线仪表通信、无线RTU通信设计、有线仪表转无线通信设计、ZigBee路由通信设计。
无线仪表采用内嵌ZigBee端点通信模块，电池供电，可定期唤醒采集，采集周期可设定，最大通信距离可达250m。使用无线RTU采集有线仪表或RS485设备的信号，通过无线RTU内嵌的ZigBee通信模块实现无线通信。使用自带电池的无线仪表转换器可将有线仪表转为无线仪表，无线仪表转换器给有线仪表间歇供电，并间歇采集有线仪表的信号，再发送到ZigBee网络中。ZigBee路由具有多种数据通信接口，可实现网口或串口到ZigBee的通信转换。
2.3 系统方案
根据现场测控点的特点，对上述技术进行整体应用。由于485测控点需要进行实时编程，过滤间烧结器流量参数和加热炉相关参数均采用有线采集无线传输方式；储油罐参数和水室液位参数采集频率高、耗电量大，采用有线方式；储油罐液位和事故罐液位AI（四线制）参数重要且不是两线制仪表，选用有线方式；外输泵控制及电参采集选用有线方式；由于外
输泵是“三防四责”数据，为了提高其可靠性和电缆沟利用率，采用有线方式；外输流量参数选用有线方式；注水间选用阀组间协议箱进行数据整合，同时对阀组间协议箱进行改造，实现无线通信；其余参数采集传输都采用无线通信方式。具体系统结构如图1所示。
3 实验效果
该方案总计涉及97个参数采集，采用无线通信62个，有线仪表转换为无线通信25个。无线仪表采用数占总仪表数的38.2%，无线传输信号量占总采集信号量的63.9%。实现了对所有站内集输系统、水处理及消防系统等内容的生产过程的远程监视和管理以及对设备的远程控制和仪表参数配置。该方案支持其他通信协议和仪表的通信拓展，达到了对站内设备工况的实时监测、控制以及对仪表的管理，完成了油田转接站的数字化建设。缩短了施工周期，降低了电缆使用率，节约了建设成本。
4 总结
该设计成功地将无线仪表应用于油田转接站建设中，促进油田数字化进程，验证了ZigBee技术在油田应用的可靠性和安全性。该方案适用于油田新的站点建设和老站点的改造。综上所述，在以后的建设中采用无线与有线相结合、对部分有线仪表采集信号进行转换后发送的方式将成为主流趋势。与此同时应加强不同信号之间的转换方案研究，如采用手操器等设备以方便现场调试。
参考文献
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作者简介
王露瑶（1989-），女，陕西省渭南市人。现为西安石油大学计算机学院硕士在读。主要研究方向为计算机接口技术与控制系统。
作者单位
西安石油大学计算机学院 陕西省西安市 710065
