關(guān)鍵詞：    力控監控組態(tài)軟件        ForceControl6.1          Zigbee無(wú)線(xiàn)技術(shù)      油井數據采集

    1、行業(yè)背景

    1.1、現狀

    由于實(shí)際地形的原因目前我國的油井一般都很分散，分布范圍廣，地區偏遠采油廠(chǎng)一般由多口油井、計量站、管匯閥組，轉油站，聯(lián)合站、原油外輸系統、油罐以及油田的其它分散設施組成，整個(gè)采油廠(chǎng)的各種設施的工作狀態(tài)及采出油品的數據（主要有溫度、壓力、流量等）直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的穩定及原油質(zhì)量。如果對每一個(gè)采集點(diǎn)都采用GPRS/CDMA+RTU的數據采集方案不僅成本高而且由于邊遠地區移動(dòng)信號盲點(diǎn)多且一般軟件將GPRS網(wǎng)絡(luò )綁定虛擬串口的查詢(xún)訪(fǎng)問(wèn)方式造成數據傳輸不穩定的隱患，數據不能及時(shí)準確地送到監控中心，影響油井的動(dòng)態(tài)分析和日常管理，不能及時(shí)有效地對油井的工作情況進(jìn)行分析和管理，影響油井的正常工作，降低了工作效率，增加了不必要的成本。

    1.2、需求分析

    針對上述情況，必須采用新的技術(shù)進(jìn)行便捷有效的升級改造，在保證數據及時(shí)、有效的傳送到監控調度中心的前提下，又要考慮降低升級改造的成本，針對此應用場(chǎng)合，采用Zigbee技術(shù)與力控監控組態(tài)軟件ForceControl6.1相結合通過(guò)其功能組件CommBridge進(jìn)行數據采集非常合適。

    2、系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

        

    整個(gè)監控網(wǎng)絡(luò )可以分為三個(gè)層次

    1） 基于Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器匯節點(diǎn)數據的完整無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計，網(wǎng)絡(luò )采用星型或MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )拓撲和需求時(shí)喚醒Zigbee模塊的通信方式，有效降低了每個(gè)Zigbee傳感器節點(diǎn)的功耗，減少了傳感器節點(diǎn)向匯節點(diǎn)上報數據時(shí)相互碰撞的概率。

    2） 利用GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸匯節點(diǎn)的數據，改變了傳統無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )需要依托有線(xiàn)公共網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據傳輸的限制，使網(wǎng)絡(luò )具有非常顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)。

    3） 上位監控組態(tài)軟件力控ForceControl6.1。力控數據服務(wù)器只需要利用ADSL或者靜態(tài)IP就對多個(gè)遠程設備進(jìn)行通訊，數據為并發(fā)處理、完全透明的解決方案，從而消除了一般軟件將GPRS網(wǎng)絡(luò )綁定虛擬串口的查詢(xún)訪(fǎng)問(wèn)方式造成數據傳輸不穩定的隱患。

    3、Zigbee技術(shù)簡(jiǎn)介

    3.1、Zigbee簡(jiǎn)介

    Zigbee是一種無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯(lián)網(wǎng)應用。

    國際上，IEEE802.15.4工作組及Zigbee聯(lián)盟共同致力于該無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)的推廣工作，其中，IEEE802.15.4工作組主要負責制定Zigbee物理層及MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現有標準，以便于今后不同廠(chǎng)商設備的互聯(lián)互通； Zigbee聯(lián)盟則負責高層應用及市場(chǎng)推廣工作。而于2002年成立的Zigbee聯(lián)盟如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無(wú)線(xiàn)設備公司的加入。目前，Freescale、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟的Zigbee開(kāi)發(fā)平臺。 

    Zigbee標準基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型，即星型結構、網(wǎng)狀結構（Mesh）和簇狀結構（Cluster tree），特別是網(wǎng)狀結構，具有很強的網(wǎng)絡(luò )健壯性和系統可靠性。

    3.2、Zigbee技術(shù)特點(diǎn)

    1）設備省電

    Zigbee技術(shù)采用了多種節電的工作模式，可以確保兩節五號電池支持長(cháng)達6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間；

    2）通信可靠

    Zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數據時(shí)的競爭和沖突；MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制，每個(gè)發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息；

    3）網(wǎng)絡(luò )的自組織、自愈能力強

    Zigbee的自組織功能：無(wú)需人工干預，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)能夠感知其他節點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結構化的網(wǎng)絡(luò )；

    Zigbee自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節點(diǎn)，節點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò )都能夠自我修復，并對網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行相應地調整，無(wú)需人工干預，保證整個(gè)系統仍然能正常工作。

    4）成本低廉

    設備的復雜程度低，且Zigbee協(xié)議是免專(zhuān)利費的，這些可以有效地降低設備成本；

    Zigbee的工作頻段靈活，為免執照頻段的2.4GHz，就是沒(méi)有使用費的無(wú)線(xiàn)通信。

    網(wǎng)絡(luò )容量大一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )可以容納最多254個(gè)從設備和一個(gè)主設備，一個(gè)區域內可以同時(shí)存在200多個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )。

    5）數據安全 

    Zigbee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時(shí)各個(gè)應用可以靈活確定其安全屬性。

    4、GPRS技術(shù)和力控監控組態(tài)軟件無(wú)線(xiàn)通訊特點(diǎn)

    4.1GPRS網(wǎng)絡(luò )優(yōu)點(diǎn)

    GPRS網(wǎng)絡(luò )是覆蓋范圍廣，性能較為完善的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，GPRS通信網(wǎng)本身具有較強的數據糾錯能力，數據傳輸率較高可達128kbit/s能夠保證數據傳輸的可靠性和實(shí)時(shí)性。

    4.2 力控監控組態(tài)軟件無(wú)線(xiàn)通訊特點(diǎn)

    1）力控數據服務(wù)器只需要利用ADSL或者靜態(tài)IP就對多個(gè)遠程設備進(jìn)行通訊，數據為并發(fā)處理、完全透明的解決方案，從而消除了一般軟件將GPRS網(wǎng)絡(luò )綁定虛擬串口的查詢(xún)訪(fǎng)問(wèn)方式造成數據傳輸不穩定的隱患；

    2）心跳維護周期可單獨設置，有效的流量控制機制保證了遠程應用中節省通訊費用；
所有設備的驅動(dòng)程序支持通過(guò)移動(dòng)GPRS、CDMA網(wǎng)絡(luò )與控制設備進(jìn)行通訊；

    3）力控節點(diǎn)與其遠程力控節點(diǎn)也可以進(jìn)行移動(dòng)通訊；

    4）力控支持設備主動(dòng)通過(guò)GPRS上傳數據的方式進(jìn)行數據傳輸；

    5）支持移動(dòng)APN專(zhuān)網(wǎng)固定IP等方式進(jìn)行數據傳輸。

      

    5、上位監控組態(tài)軟件力控ForceControl6.1

    5.1力控監控組態(tài)軟件ForceControl6.1簡(jiǎn)述

    力控Forcecontrol6.1工業(yè)監控組態(tài)軟件是北京三維力控科技有限公司根據當前的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢，總結多年的開(kāi)發(fā)、實(shí)踐經(jīng)驗和大量的用戶(hù)需求而設計開(kāi)發(fā)的高端自動(dòng)化軟件產(chǎn)品，是力控科技全體研發(fā)工程師集體智慧的結晶，該產(chǎn)品主要定位于國內高端HMI/SCADA自動(dòng)化市場(chǎng)及應用，是企業(yè)信息化的有力數據處理平臺。

      

    力控Forcecontrol6.1產(chǎn)品在數據處理性能、容錯能力、界面容器、報表等方面產(chǎn)生了巨大飛躍，力控Forcecontrol6.1在秉承力控6.0成熟分布式應用技術(shù)的基礎上，功能更強大。

    5.2力控監控組態(tài)軟件Forcecontrol6.1主要特點(diǎn)

    1）、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的驕傲

    提供在Internet/Intranet上通過(guò)IE瀏覽器以“瘦”客戶(hù)端方式來(lái)監控工業(yè)現場(chǎng)的解決方案；支持通過(guò)PDA掌上終端在Internet實(shí)時(shí)監控現場(chǎng)的生產(chǎn)數據，支持通過(guò)移動(dòng)GPRS、CDMA、GSM網(wǎng)絡(luò )與控制設備或其它遠程力控節點(diǎn)通訊；

    面向國際化的設計，同步推出英文版和繁體版，保證對多國語(yǔ)言版的快速支持與服務(wù)；

    力控軟件內嵌分布式實(shí)時(shí)數據庫，數據庫具備良好的開(kāi)放性和互連功能，可以與MES、SIS、PIMS等信息化系統進(jìn)行基于XML 、OPC、ODBC、OLE DB等接口方式進(jìn)行互連，保證生產(chǎn)數據實(shí)時(shí)地傳送到以上系統內。

    2）、強大的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )

    支持通過(guò)移動(dòng)GPRS、CDMA網(wǎng)絡(luò )與控制設備或其它遠程力控節點(diǎn)通訊,力控移動(dòng)數據服務(wù)器與設備的通訊為并發(fā)處理、完全透明的解決方案，消除了一般軟件采用虛擬串口方式造成數據傳輸不穩定的隱患，有效的流量控制機制保證了遠程應用中節省通訊費用。

    3）、完整的網(wǎng)絡(luò )冗余及軟件容錯解決方案

    作為民族產(chǎn)業(yè)的大型SCADA、DCS軟件，力控軟件支持控制設備冗余、控制網(wǎng)絡(luò )冗余、監控服務(wù)器（雙機）冗余、監控網(wǎng)絡(luò )冗余、監控客戶(hù)端冗余等多種系統冗余方式。

    力控軟件支持控制設備冗余如SIEMENS公司的S7400H,GE的GE9070系列PLC的冗余模式，支持普通的232、485、以太網(wǎng)等控制網(wǎng)絡(luò )的冗余，支持控制硬件的軟冗余切換和硬冗余切換。

    4）、穩定的通訊處理

    支持通過(guò)RS232、RS422、RS485、電臺、電話(huà)輪循撥號、以太網(wǎng)、移動(dòng)GPRS、CDMA、GSM網(wǎng)絡(luò )等方式和設備進(jìn)行通訊。

    支持主流的DCS、PLC、DDC、現場(chǎng)總線(xiàn)、智能儀表等1000多種廠(chǎng)家設備的通訊。

    支持離線(xiàn)診斷，在開(kāi)發(fā)環(huán)境下可以診斷是否正常通訊。

    支持不同協(xié)議的設備在一條通訊鏈路進(jìn)行通訊。

    支持在大型SCADA系統中的遠程通道冗余通訊。

    5）、圖形系統主要特點(diǎn)：

    方便、靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫(huà)面模板、可嵌入各種格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的圖片，方便畫(huà)面制作，大大降低了組態(tài)開(kāi)發(fā)的工作量；

    強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網(wǎng)絡(luò )數據斷線(xiàn)存儲，恢復功能；

    支持操作圖元對象的多個(gè)圖層，通過(guò)腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏；

    強大的ActiveX控件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過(guò)腳本對容器對象的直接操作功能，通過(guò)腳本可調用對象的方法、屬性；

    全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板，報表文件格式兼容Excel工作表文件，支持圖表顯示自動(dòng)刷新，可輸出多種文件格式： Excel、TXT、PDF、HTML、CSV等。

    6）分布式的結構

    力控監控組態(tài)軟件在軟件功能模塊的分布式體系結構體現在各個(gè)組件程序間的關(guān)系上，圖形界面系統VIEW和實(shí)時(shí)數據庫DB之間是分布式的，力控科技在圖形VIEW級率先提出了"數據源"的概念，使一個(gè)圖形界面可同時(shí)連接多個(gè)不同的機器上的實(shí)時(shí)數據和數據源，而各個(gè)分布式的數據庫分別對連接自己的I/O Server進(jìn)行采集數據和處理，如輸入數據的量程變換、流量累積、報警檢查，以及PID運算等，這種體系結構的優(yōu)越性在于，各組件任務(wù)分配更合理，使您的系統實(shí)時(shí)性更好，穩定性更高。

    5.3監控中心軟件的設計

    5.3.1形象逼真的實(shí)時(shí)監控界面

    借助于力控監控組態(tài)軟件ForceControl6.1方便、靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫(huà)面模板、大大降低了組態(tài)開(kāi)發(fā)的工作量可以設計形象逼真的實(shí)時(shí)監控界面。

      

    5.3.2強大的數據報表功能

    全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板。 

      

    5.3.3強大的數據報表功能

    全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板。 

      


    5.3.4實(shí)時(shí)顯示并記錄就地流量測量系統的各種報警信息，如流量/壓力/溫度的超限、儀表工作電源不正常、不間斷電源的電池欠壓、交流市電消失、非法闖入、通訊故障等報警信息。

      

    5.3.5完備的安全保護機制

    力控提供了完備的安全保護機制，以保證生產(chǎn)過(guò)程的安全可靠，力控的用戶(hù)管理具備多個(gè)級別，并可根據級別限制對重要工藝參數的修改，以有效避免生產(chǎn)過(guò)程中的誤操作；力控提供了安全區的概念，同級別，不同安全區的數據不可以互相操作，保證了數據的分布式的管理。提供基于遠程的用戶(hù)管理，增加更多的用戶(hù)級別及安全區，管理所有用戶(hù)的遠程登陸信息。 

       

    5.3.6實(shí)時(shí)高效的數據庫DB

    軟件內嵌分布式實(shí)時(shí)數據庫，數據庫是整個(gè)軟件的核心，負責將采集的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行處理、發(fā)布；分布在網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)數據庫節點(diǎn)可以充當為IO通訊服務(wù)器、報警服務(wù)器、歷史服務(wù)器等；實(shí)時(shí)數據庫完成歷史數據的存儲、歸檔，報警的檢查，報警數據的存儲等功能；數據庫具備強大的數據處理功能，豐富的參數類(lèi)型，內置的多種功能塊，可實(shí)現累計、統計、控制、線(xiàn)形化、PID控制、各種運算等功能；數據庫對數據按區域、單元、子單元管理，分為6層結構，方便數據的管理；用戶(hù)可根據實(shí)際需要自定義自己的各類(lèi)數據庫結構，方便對數據的管理和查找。  

    5.3.7 專(zhuān)用的Zigbee通訊方式

    力控監控組態(tài)軟件針對Zigbee特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了Zigbee通訊服務(wù)組件，可以方便用戶(hù)與硬件設備的組態(tài)，保證了通訊網(wǎng)絡(luò )的安全可靠和數據采集傳送的實(shí)時(shí)性準確性。

         

    6、本方案特點(diǎn)

    基于力控監控軟件ForceControl的油井無(wú)線(xiàn)監測系統，采用Zigbee新技術(shù)的優(yōu)勢結合力控組態(tài)軟件的特點(diǎn)將油井與監控主站之間緊密的聯(lián)系在同一個(gè)信息圈中，實(shí)現了油井監測的信息化。一方面，節省了升級改造的成本，提高了系統的安全性、穩定性和數據采集、傳送的實(shí)時(shí)性和準確性；另一方面，力控組態(tài)軟件良好的開(kāi)放性和互聯(lián)功能可以與MES、SIS、PIMS等信息化系統進(jìn)行基于XML、OPC、OLE  DB等借口方式互聯(lián),使得后期新增站庫可以低成本無(wú)縫接入。