无人值守站远程监控终端的设计与实现

牟思文（冀东油田陆上油田作业区柳赞联合站，河北 唐山063200）

面对油田持续增产带来的基础设施不断增加和用工总量有限间的矛盾，需要加大对油田管理的探索，从无人值守站监控终端设计入手，加强数字化应用，建立一个功能多样化的远程监管系统，提高设备的自动化程度，同时能提高现场运行智能化、自动化。实践表明，远程监控系统的构建，在缓解用工紧张、加强管理时效性方面起到重要作用。

1 数字化应用在无人值守站建设中的应用

以长庆油田自动化建设为例，经历了井站现场试验、井站和作业区大面积推广，最终实现自动化监控基站的全面深化应用。在现场试验环节，确定了井站和站点的自动化管理标准；在优化改进环节，提高了信息共享程度，实现了多级监控、分散管理，在统一平台上实施系统化管理；在深化应用阶段，注重管理理念进行由点到面、由局部到系统的转变，采用扁平化的管理模式。随着无人值守监控终端设计和应用经验的积累，逐步提高了企业管理平台建设质量，在多功能平台下有序开展各项生产作业，有利于提高油田运转安全性，发挥自动化管理的重要作用。

2 无人值守站远程监控终端的设计与实现

2.1 总体方案设计

进行无人值守远程监控终端总体方案设计时，应从无人值守站功能要求出发，考虑油气田无人值守站的实际情况，运用模块化设计手段，构建一个功能全面的监控管理系统。其中利用分散调控统一管理的方式，当生产数据传递至中心站后，中心站将指令上传至调度模块，接受并执行指令。

监控系统采用模块化思维来设计，主要设计流量计模块、控制器模块、供电模块、摄像头模块、检测模块、远程诊断模块和GPRS 模块。控制器通过总线和各个现场设备相连接，在信号传输通道作用下，读取测量仪表的流量参数，并将接口和GPRS 模块相连接，将数据及时上传至服务器。当检测模块检测到出现异常事件时，会自觉发出中断信号，这时控制器操控摄像头拍摄各个设备运行状态，将拍摄的图片存储到控制器数据库中并获取图片数据。管理人员接收到图片数据后，能有效诊断天然气站中的入侵问题，并利用语音喊话模块模式功能，对非法入侵人员作出警告。系统运行主要依靠太阳能供电和电网供电，确保系统连续作业。

表1 无人值守站设备配置情况

传感器检测设备电源设备温度传感器压力传感器智能流量仪表摄像头探测器太阳能控制器蓄电池1-3 1-3 1-3 1 1 1 1

2.2 通信方案设计

油气田无人值守站站点数量较多，并且位置分散，使得远程监控系统在无人值守站管理中实现了广泛推广，可利用移动网络上传系统运行数据，下达控制指令，进而实现远程监管和控制的功能。由于GPRS网络具有低时延、实时控制的优点，能通过控制器同时处理不同站点的管理作业，符合人们对远程监控系统功能的要求。在组网方式方面，可采取服务客户端的设计方法，在调度中心设置专门的服务器设备，进行网络终端和服务器间的有效连接，发挥GPRS 网络的状态检测和数据传输等功能。常见组网方式包括以下几种。

（1）使用固定IP的方式。远程监控终端按照协议主动连接服务器并上传数据。这种方案能保证系统运行稳定性，但增加了建设成本。

（2）采用动态IP地址+域名解析的设计方法，服务器和服务商连接并开通域名，远程监控中断按照域名解析方式和服务器相连接，之后在服务器作用下找出动态IP，建立有效连接。这种组网方式节约了通信网络建设成本，但是稳定性较差，通常用于小规模的通信系统中。

2.3 硬件设计及功能实现

系统中处理器型号的选择主要考虑外设种类、运算效率、可扩展性、技术支持以及成本等要素，文章选择微控制器lpc1768作为处理器，具有低能耗、高度集成的优点。这一控制器性能良好，主频能达到100MHz，同时具有足够的存储空间和外部接口。在GPRS模块设计上，本文选择性能稳定、功能多样化、故障率低的MC52IR3无线模块，将其运用到无线数传、智能公交中，可保证数据的可靠传输。并且这一无线模块的环境适应性较强，便于模块设计和利用。在处理器模块设计方面，其作为远程控制系统的核心部件，要保证其功能性良好，处理器中使用的时钟源，选择输出频率为72MHz 的时钟，能和其他时钟源共同使用[1]。

电源模块能将外部电压转换成符合系统运行要求的电压值，并维持电压稳定性，确保电能的持续供应，整个电路系统中包括较多芯片，对电压提出不同要求。如GPRS 网络模块要求电压范围在3.6～4.2V，MUT供电值为3.3V，无人值守站提供的电压是24V，因此，系统中电源模块往往采用LDO、DCDC 电源相结合的方式。其中DCDC负责高压转换，将外部电压转变成4.2V 的输出电压，保证GPRS 网络正常作业；LDO 负责将4.2V电压转换成3.3V电压。DCDC运行效率较高，转换效率达70%以上，满足系统运行中的电源需求，但这一电源运行中的电压波动大，会影响系统功能。进行存储模块设计时，可采取以下方式：一是使用片外Flash 存储器，发挥其价格便宜、存储量大的优点，适用于存储大龄数据信息。本文选用的flash 存储器WieW25Q64B，通信速度达到104MHz，可有效存储系统运行中的流量数据；二是SD卡存储器，它被广泛运用到远程控制系统中，容量达到GB 级别，读取数据的速度较快，为文件数据传输提供了支持，可在计算机中直接查看相关文件。本次系统中采用了SPI 的通信方法，用于存储拍摄的图片和系统运行日志。进行通信接口设计时，可进行RS4585接口设计，能满足多个设备同时连接的要求，增强系统运行可靠性。

2.4 软件设计及功能实现

在无人值守站远程监控系统的软件设计上，本文采取C语言设计方法，开发工具选择集成开发工具，研发出多功能的监控系统。终端软件采取嵌入式操作软件的编写方法，对其进行任务分配，确保每个任务独立完成，可将监控系统任务分成执行任务、出发任务积累。本次系统设计，将运行任务具体划分成初始化任务、采集任务、传输任务、解析任务、检测任务、更新任务几种。对于初始化任务来说，负责对系统硬件进行初始化，当系统启动后开始执行，并在完成后删除任务；对于数据采集任务来讲，主要负责有规律的采集流量仪器数据信息，将采集的数据传输至GPRS网络中。油气田现场配置了多个仪表设备，进行数据采集时，应选择查询相应方式，依次采集各个仪表的数据，在进行数据解析后将其转换成数据帧。

在查询某一仪表设备时不发生反应，则重新查询，如果查询多次仍无响应，应上传报警信号；在数据上传任务方面，主要负责读取GPRS队列中需要发送的数据，将其反馈至服务器，同时要与服务器相连接。监控系统的数据信息利用GPRS网络传递至服务器，该网络模块的语音业务较好，需要定期向GPRS传送一个数据包，使其业务能力保持在较高级别，保证信息传递有效性。本文采用固定IP，RTU 与服务器相连的组网方式，当数据通道断开时，则RTU 自动连接服务器，并想网络模块发送心跳包；在检测任务方面，通过设置摄像头能实现对现场的实时监控，在出现非法入侵情况时抓拍现场图像并发送报警信号。将图片数据存储到SD 存储器中，建立一个和服务器的数据连接，并将数据传输到服务器中，确保管理人员能实时查看现场图像，是提高远程监控系统功能性的关键。

3 结语

综上所述，随着油田建设信息化水平的不断提高，数字化油田的概念被更多人所接受。在油田行业中，构建无人值守远程监控系统进行管理，能实现数字化技术和油田管理相结合，本文具体介绍了油田无人值守站监控终端的设计和实现路径，真正落实自动化油田的发展理念。