工业无线监控系统促销方案

1 摘要
油田的一个采油厂由多口油井、计量站、管汇阀组，转油站，联合站、原油外输系统、油罐以及油田的其它分散设施组成，那么整个采油厂的各种设施的工作状态及采出油品的数据（主要有温度、压力、流量等）就直接关系到油田生产的稳定及原油质量。目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，这种方式必然使工人劳动强度加重，并且影响了设备监控与采油数据的实时性，甚至准确性。也同时存在笔误，作假等隐患。这样会导致上层无法正确了解到现场的真实情况，并且不能根据生产所消耗的实际劳动力等数据，制定较有效、灵活的处理方案。所以油厂的自动化、信息化就显得极为突出。
随着网络信息化的飞速发展和生产数据的日积月累，采用传统的管理方式和数据手工记录模式已不能满足现代企业的发展要求。生产信息的实时采集、数据统计和查询的网络化已成为现代企业提高工作效率，降低生产成本的有效手段。要实现现场数据和设备信息的实时采集和数据分析，指令的远程下达以及对设备的控制等功能，迫切要求分布广泛的现场生产数据实现网络化。
为了实现油田数据信息化、网络化，实现数据全局共享，厂长、总工等管理人员利用现有的网络系统查看其监控点的数据，打破各个监控现场相互之间长期形成的“信息孤岛”局面，本系统采用目前国际上最先进的远程监控系统，利用现有的局域网络基础，通过网际组态软件WebAccess的远程数据传输功能，实现数据的网间共享以及实时监控。本方案详细的从网络架构、采集原理、记录方式、数据通讯规约、网络安全等多方面，并对油田广泛分布各地的监控站点的数据信息提出完整的监控解决方案。

2 系统总架构图


完整的油田监控系统应分为三层架构，分别是：采油现场的本地监控系统、信息中心的中心采集服务器、厂区内局域办公网络。
采油现场本地应有相对独立的监控系统，现场的操作人员可以随时对采油设备的运转状态、生产数据、工作参数进行监视和设置。各采油站现场根据其规模和功能，其监控对象的数量会有不同，而且各采油站也从管理的角度来分为有人值守和无人值守两种，本系统架构图中分别就有人值守和无人值守配置不同的解决方案。
由于油田的范围很大，各监测点之间以及监测点与中心之间距离很远，难以架设有线网络，即使条件较好的油田架设有线网络其前期投入成本及维护成本都非常高。所以本方案中推荐使用目前最为先进的无线技术GPRS作为通讯网络传输介质。
信息中心作为收集各采油站的数据中心，负责接收从GPRS传回的全部现场生产数据、设备状态等原始数据。除了远程监视现场的生产情况外，还可以对这个数据做有效的统计、分析。信息中心通常位于厂区内的有线局域网络内，与办公管理网相连接。信息中心的主机服务器将全部数据可以在网络内进行发布。
厂区管理层的相关人员，即可通过办公局域网络直接登录至信息中心的服务器上，进行实时的监视以及各类报表数据的查询。还可以透过互联网的接口让出差在外地的工程师浏览数据。

3 采油站本地监控


采油站本地监控分前端采集模块、集中采集控制器、监控主机三个部分在中间层数据采集控制器，采用了嵌入式数字控制器FAS-2046，由FAS-2046来实现收集整理下层设备采集的数据，并由它向上传输到监控主机。而前端数据采集模块则选用研华公司的系列产品，其中主要以它的ADAM系列I/O模块为主。这些I/O模块支持多种形式的接口连接方式，与底层的现场设备进行连接。由于他们采用了独特的架构设计，以及高性能的技术指标，可以让这些控制器和模块在恶劣的环境下正常工作，同时在面板设计方面也具有安装简单、灵活等特点。
FAS-2046控制器，采用目前经现场实际考验并广泛使用的实时OS技术，提供一套Windows CE.net解决方案，支持多种标准的网络接口，两个以太网、一个RS-232 和两个RS-232/485 串行等通讯接口用于通讯。具有开放、可扩展以及无风扇无磁盘的设计优势。自带I/O，并且可以通过串口扩展远端I/O。强大的图形化编程工具（FAS-pro）支持对FAS-2046的控制逻辑开发，使他的控制效果更加出色。详细资料可参见产品规格附录的FAS2046产品规格。
而ADAM5510系列是通用传感器到计算机的便卸式接口模块，内置微处理器使其可以独立提供智能信号调理，模拟量I/O，数字量I/O数据显示和RS-485通讯等功能。ADAM5510系列分布式数据采集控制系统体积紧凑，符合现场总线的趋势，对于象RS-485和Modbus等流行的现场总线架构，ADAM5510系列提供多种不同的数据采集系统，内置的可编程I/O范围及报警输出增强了系统设计的灵活性。它支持各种通讯介质，如双绞线、无线调制解调器及光纤等。ADAM5510的选择要根据现场的实际情况而确定具体的型号及规格。详细资料可参见产品规格格附录的Adam系列产品。
由于FAS-2046采用WinCE.Net为运行平台，用户可以自行开发设计应用程序，同步运行于FAS-2046系统，而且FAS-2046除拥3个串口外，还具备两个以太网接口，其网络通讯能力更强，较适合一些有特殊控制要求的环境。而ADAM5510用DOS环境，其系统封闭强，安全性、稳定性较高，采用插槽式自由配置I/O点比例，更加灵活。实际工程中，可根据实际情况和需要进行选择。
现场配置工控机，作为现场监控主机，整个监控主机的监控内容全部由Webccess软件的监控节点（SCADA）完成。WebAccess监控节点（Scada Node）能通过串口或以太网等通讯方式与下层的数据采集控制器FAS-2046或ADAM5510系列进行数据的传送，即可以从控制器上抓取现场的各项数据，同时也可以向下发指令通过控制器来控制底层设备的运行操作变化。

3.1实时监控画面

WebAccess监控节点（Scada Node）将实时采集从现场层送上来的现场重要数据（如：电压、电流、含水率、含油率、压力、温度等），并将数据以图文并茂的形式显示于监控页面中，监控人员可以根据屏幕显示对现场的情况进行实时监视，掌握现在设备的运行情况，当现场发生任何变化（如有报警信息产生）WebAccess监控节点（Scada Node）将随之变化并发出警报信息。


增压站监控界面
在监控层的操作人员将第一时间内得到现场的警报信息，警报信息的表现方式除可以在屏幕上会有动画/闪烁/列表等提示外，还可以以声音/网络E-MAIL/短信等方式通知不在现场的管理人员。

3.2实时和历史曲线

每一个点的秒、分、时、日历史数据都可以被记录在监控节点中单独的文件中。从而可以更加迅速的查看历史曲线，点的历史和实时数据可以同时在数据记录曲线中浏览。


历史记录的最小间隔单位是秒，且根据不同的显示方式进行统计分类存储，保证在查看年度报表时无需重新计算，显示速度快。
WebAccess还允许用户自定义实时趋势和历史趋势显示样式。

3.3数据记录显示

WebAccess监控节点（Scada Node）提供实时曲线、历史曲线对数据进行显示记录，以方便用户根据曲线走势进行系统分析；还提供报表查询、打印功能，有值班报、日报、月报，同时也可以根据需要，输入起始时间、终止时间和采集频率的不同而来查询相应时间段的数据报表。还可以通过高级选项设定查询数据的显示类型，如最大值、最小值、平均值等。用户可以直接将报表输出打印或发送E-MAIL到指定邮箱。发送报表格式为HTML格式，可以轻松将报表导出到EXCEL等工具软件进行处理加工。


报表数据效果图
所有的数据都将存储于本地硬盘，以便随时查询历史记录。
由于现场采集站根据其管理方式不同，而分为有人值守和无人值守，以上所介绍的是有人值守。相对于有人值守，无人值守的数据采集方式与有人值守完全相同，仅仅只是因为现场无操作人员，不需要配置监控主机，而是由FAS2046直接将现场信息透过网络向上传送，并直接接受上级下达的控制指令。

4 GPRS无线网络通讯

目前在油田行业的网络通讯方式有很多种，如：数字电台、有线光缆等。而这些方式往往前期需要投入大量的资金建设基础网络，而且后期的检修、设备更换、维护成本都非常高。相对于传统的这些种网络形式，GPRS具有投入小，安装灵活方便，不受地理环境影响等特别。只要有手机信号覆盖的地方都可以应用。且单点设备价格便宜。
GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。
GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA 帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。
因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
GPRS 理论带宽可达171.2Kb/s，实际应用带宽大约在10~70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 连接，可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。
GPRS 是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP。GPRS 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。
此次方案推荐的是台湾赫立讯所提供的MA8系列产品，是使用在机器对机器（Machine-to-Machine）、机器对人（Machine-to-Man）及人对机器（Man-to-Machine）应用的完整无线解决方案，包括MA8无线平台及中心伺服器的PlugMaster软件。
在硬件上MA8提供了工业标准的RS-232/RS-485介面及Digital I/O介面，可以针对各式的终端设备提供直接的串列连接，亦提供了图形化Plugene软件，具有协定分析、资料收集及任务管理等功能，让终端设备以TCP/IP方式经由GPRS网络及Internet与原有应用系统连接。PlugMaster软件除负责终端设备的认证管理外，亦做到IP管理、资料存取及资料交换，应用系统因此可经由GPRS网络与远端设备双向无线沟通，并导入资料库管理，资料可以定时汇出、查询及删除，也可以完整地保存连线记录及系统资讯。MA8设定简单，毋需开发程式，便能设计完善的流程，设备能以最低成本导入无线解决方案。产品具有远端设定功能，可透过GPRS网络直接更改设定档，应用及维护更加容易。
MA8不仅提供快速且具成本效益的通讯方案，更能在不必更动原有系统架构情况下，迅速开发应用系统。特别适合致力于缩短产品上市时程、增大应用弹性与提高附加价值的制造业及系统整合商使用。MA8的详细规模请参阅规格附录的赫立讯MA8系列产品规格。

5 信息中心监控服务器

信息中心通过路由器从互联网或是GPRS数据网将全部现场信号收集上来，汇总至主机服务器中。主机服务器中安装WebAccess工程节点（Project）&采集节点（SCADA），它负责接收数据和监控管理的全部工作。

5.1信息中心监控效果
主机服务器中即可以看到单独的某个采油站的全部数据和监控画面外，还可以在一幅画面中按照地理位置显示的全部采油站的综合数据。其中包括曲线、报表、报警状态、打印等等。


罐区监控效果图

5.2双机热备的安全架构

由于考虑到系统的安全和稳定性，信息中心配置两台服务器，采用互为冗余和热备的功能。正常情况下，由主机服务器负责与现场通讯，而热备服务器从主机服务器抓取当前数据同步监视，并监听主机正常状态。当主机服务器出现故障时，热备服务器会自动启动，接管主机的全部工作以及与现场数据的接收和发送功能。当主机服务器恢复后，热备服务器会自动将全部任务交回，并这段时间的数据传回主机服务器，保证数据的连续性和完整性。整个过程全部自动完成，无需人为干预。

5.3历史数据库
由现场传上来的数据将按照指定的时间刻度存入关系型历史数据库SQL中，存储周期的定制可以是任意的秒、分、时单位，可自定义每一个监测源的记录间距，将自动生成间隔区间的统计值到数据库中。SQL数据库可开放予第三方软件提取，便于生产分析等其它应用。

5.4报警处理
当系统有报警产生时，操作员可以根据上图中在线报警栏中的信息提示得知警报，同时，“在线警报”按钮也会呈现红色闪烁状态，点击进入“报警摘要”画面中。在主画面中，不同的报警信息也会有不同的报警显示形式，WebAccess提供多媒体语音报警、动画闪烁报警，弹出窗口报警、发送E-MAIL报警等，可以实现全方位的报警信息通报。在线报警栏中的报警信息，在每一个监控页面都是相同的，无论在中控室还是办公网络内的监控站，可以让操作人员最短时间内发现报警信息，解决故障。

5.5报表样式
WebAccess提供报表格式有日报、月报、年报和值班报表，对生产车间中需要进行统计记录的数据，可以将其加入到报表中，WebAccess可以对统计时间段内的数据自动生成最大值、最小值、平均值和总计值。用户可以自定义值班报表，在每班结束后由WebAccess直接将报表输出打印或发送E-MAIL到指定邮箱。发送报表格式为HTML格式，可以轻松将报表粘贴到EXCEL等工具软件进行处理加工。而且所有的报表都是网页的形式表现，也全部支持IE的访问方式。


6 网络信息发布及资源共享
位于信息中心的两台监控服务器与厂区内的局域网络连接，在局域网内进行信息发布，这样厂区管理层的人员都可以在它自己办公室里的计算里随时通过IE的方式访问主机服务器内的全部数据和画面.
每位浏览者都将拥有唯一的用户名和密码的身份验证，它的用户名决定它的监控范围。虽然是采用IE的方式访问现场数据，但所看到的全部数据及画面与信息中心服务器的内容完全相同、效果也完全一样。速度方面也不会任何的延时。


现场监控界面 远程监控界面
通常厂区内的办公管理网络允许被连接到互联网，这样即使出差在外地的领导也同样可以连回厂内访问现场的数据。
信息中心的服务器提供多种接口技术与外界连接，支持ODBC、DDE、XML等多种国际标准的连接技术，可以方便的与厂内的MIS或ERP这类管理软件相结合使用，为采油厂生产分析，成本核算提供原始数据。
由于油田工程分散性，传统的监控方式的工程维护非常不方便，本方案的监控软件WebAccess支持远程维护功能，即维护工程师在任何地方都可以接入系统内部，查看系统故障、调整系统参数及画面，提高维护的工作效率.



7 相关领域的应用
本方案虽是针对油田应用，但同样适合以下几种行业的应用。
较大型的流域内一般都会有很多为调节水位或通航而设立的小型闸站，每个闸站的规模较小，且闸站与闸站之间的距离较远，而当地的管理中心需要集中对这些闸站统计管理、水利调度等工作。
河流的排污越来越受到市政环境部门的重视，严格管理工厂的排污标准，监督排放是否超标。同样需要在流域两侧的各个工厂的排污源进行监测。

8 总结
本方案已经成功的运用在油田的监控上，并且取得了不错得成绩，受到了各方面的认可。成功的运用经验，会让油田管理更加得心应手。该方案可以实现油田的各个监控站点得运行数据网络共享，大大地提高数据查询效率，降低生产成本，方便管理，为实现油田数字化建设和先进管理打下了坚实基础。

9 产品规格附录

9.1Adam系列产品
ADAM-5510M/5510E对于PC基础的数据采集和控制应用非常理想。它是紧凑的控制器，带基于Intel x86 CPU 连续的Datalight ROM-DOS。内置后备电源SRAM是对复杂逻辑或数据保存应用最好的选择。对于专业C/C++程序师，ADAM-5510系列应用程序可以被写和编译Turbo C，而且可以下载到ADAM-5510M/5510E。带ADAM-5510M/5510E的动力，用户能很容易的完成对于传统控制器困难的特殊功能。
PC-based可编程通信控制器（ADAM-5510M/5510E）
内置1.5MFLASH和640KB SRAM，并具有384k电池备份数据区支持MOdbus/RTU 主站和从站函数库采用c 语言的灵活控制内置实时时钟和看门狗定时器4个通讯串口，并可扩展多个通信串口

8路高速模拟量输入模块（ADAM-5017H）有效分辨率：12位，外加符号位输入类型：mV, V, mA 隔离电压：3000 VDC 带宽：1000 Hz 每个通道均可设置不同的量程精确度：±0.1%或更高高采样速率：ADAM-5000/485&5000E: 100采样点/秒，ADAM-5510M& ADAM-5511:最大8000采样点/秒
4路模拟量输出模块（ADAM-5024）
通道：4
路有效分辨率：12位
输出范围：隔离电压
输出类型：mV,V
隔离电压：3000VDC
采样速率：10采样点/秒
精确度：满量程的±0.1%
分辨率：满量程的±0.015%

8路隔离数字量输入模块（ADAM-5052）
通道：8
路数字量输入电平：逻辑电平0：+1 V max
隔离电压：5000 Vrms
功耗：0.21 W (典型); 0.27 W (最大)

6路继电器输出模块（ADAM-5060）
通道：6路继电器，2个A型，4个C型
触点容量：AC: 125 V @ 0.6 A; 250 V @ 0.3 A
击穿电压：500VAC (50/60 Hz)
继电器接通时间（典型）：3毫秒
继电器断开时间（典型）：1毫秒
总切换时间：10毫秒
绝缘电阻：1000 MΩ(最低500VDC）

9.2FAS2046产品规格
FAS-2046专为自动化的各种应用而开发，支持WinCE.NET。体积轻巧，运行稳定，能适应各种恶劣的工作环境。
FAS-2046的接口资源十分丰富，它自带有4种I/O通道，能直接和现场的传感器连接采集模拟点和数字量点，通过Local总线还能扩展本地I/O通道，最多可扩展到230个本地I/O点。此外，它还带有3个RS232/RS485串口，能连接一些远端的I/O设备。2个RJ-45口赋予它强大的网络通讯能力，VGA接口和PS2接口提供了完善的人机交互功能。

lIntel PXA255 处理器400Mhz；l板载64MB SDRAM；l两个10/100 Base-T RJ-45 接口；l32 MbCF卡（可选）用于系统和用户程序；l自带I/O通道：24×DI、8×DO、8×UI和6×AO；l一个RS232和两个RS485串行接口；l可扩展I/O通道：最多可达230点；l标准的DB-15针VGA接口；lPS2鼠标键盘接口。l内嵌Windows CE.net；l使用自带的编程软件FBBuilderl执行软件使用FBRun

9.3 赫立讯MA8系列产品规格

MA8-9ib - The GPRS Transparent Terminal With SMS Backup
采用GPRS 900/1800/1900 系统频段 Class 10 (4+2)模块
提供短消息备援，在GPRS断线时自动启用
提供RS-232/RS-485接口
铁壳设计(70x102x27mm L*W*H)
功耗低, 待机时仅 0.27W
内建Watchdog芯片
自动重新联机功能
提供短消息通数限制，以控制通讯成本
可设定短消息拨出入号码，以确保通讯安全
提供远程更改参数功能
提供图形化接口设定程序 Plugene™，使用者不需撰写程序
提供中心端控制软件PlugMaster™, 可与用户应用程序联机
提供UDP/TCP二种通讯协议
电源输入：DC 9V~30V，操作温度：-20°C~85°C


MA8-9ie - The GPRS Transparent Terminal With Even Trigger
采用GPRS 900/1800/1900 系统频段 Class 10 (4+2)模块
提供RS-232/RS-485接口
铁壳设计(70x102x27mm L*W*H)
功耗低：待机时仅 0.27W
内建Watchdog芯片
自动重新联机功能
提供数据触发功能
提供定时传送功能
提供中心呼叫功能
提供远程更改参数功能
提供图形化接口设定程序 Plugene™，使用者不需撰写程序
提供中心端控制软件PlugMaster™, 可与用户应用程序联机
提供UDP/TCP二种通讯协议
电源输入：DC 9V~30V，操作温度：-20°C~85°C

9.4 WebAccess技术规格
· 提供专门报警窗口，当警报产生自动调用警报图表，并以图形、E-MAIL、声音等多种方式发布警报信号
· 警报事件发生及处理顺序记录
· 操作事件顺序记录，记录全部事件修改处理过程
· 远程全功能诊断维护，实现场身临其境的操作维护界面
· 以时间或X-Y轴方式绘制数据的实时和历史趋势曲线
· 让排程功能配合现场时间规划达到节能效果
· 支持视频画面的集成，同步显示现场的真实情况
· 现场可以不使用浏览器的常规浏览方式更适合现场的管理及控制
· 日、月、年采用HTML报表方式显示
· 系统模板自带概观显示、区块详情、详细点等信息页面
· 监控时仅传递实时数据，解决网络带宽瓶颈问题
· 监控页的任意缩放
· 详细的系统运行记录
· 通过E-mail方式定期发送报表及警报信息
· 严密的管理权限设置，严格控制操作权限范围
· 免费的网络客户端任意扩展
· 图形化动态的数据显示方式
· 全中文显示界面
· 详细的警报产生及处理过程记录
· ODBC、DDE、OPC、DLL多种标准的第三方数据接口
· 互联网防火墙设置、多叠式安全等级