RS485串行通讯技术在油田远程监控中的应用

刘峰

中国石油天然气勘探开发公司，北京100034

RS485串行通讯技术在油田远程监控中的应用

刘峰

中国石油天然气勘探开发公司，北京100034

串行通讯技术在石油和天然气工程的智能检测仪表和控制系统中正在得到大量的应用。文章在分析RS485串行通讯技术特点的基础上，结合RS485串行通讯技术在中东某油田的应用实例，简要论述了智能仪表选型、串行通讯链路的工程设计方法。

串行通讯；RS485；串行通讯链路

1 RS485串行通讯的技术特点

1.1 RS485串行通讯的传输方式

RS485又名TIA/EIA-485，是电信/电子工业协会（TIA/EIA）制订并发布的一种串行通讯标准，该标准对RS485接口的电气特性进行了详细定义，于1983年发布。

RS485串行通讯信号采用平衡差分传输方式（Differential Driver Mode），传输介质为平衡双绞线，在RS中定义了A、B两个引脚，分别对应发送或接收器的信号“-”、“+”，即“TXD-/RXD-”、“TXD+/RXD+”。在A、B引脚之外，还定义了一个C引脚，即差分信号的参考点。当A、B两个引脚对应的电平在+2～+6 V时，对应的逻辑状态为“1”，当A、B两个引脚对应的电平在-2～-6 V时，对应的逻辑状态为“0”。当A、B两个引脚之间的电平绝对值不小于0.2 V时，逻辑状态有效。RS485的平衡差分传输方式由于采用了差分电压进行逻辑判断，能有效地抑制环境噪声的干扰。

1.2 RS485串行通讯的传输速率和距离

RS-485标准的最大传输距离约为1 219 m，最大传输速率为10 Mbps。通常，RS485网络采用平衡双绞线作为传输媒体，平衡双绞线的长度与传输速率成反比，只有在20 kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度，只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般来说，15 m长双绞线的最大传输速率仅为1 Mbps。由于单台仪表设备的传输数据量并不太大，在保证实时性的前提下，适当降低通讯速率可以增加传输的距离，通常数据传输速率设定范围为4.8～19.2 kbps。

1.3 RS485串行通讯网络

RS485技术易于实现多点连接，RS485总线上能够连接多个发送器和接收器。通常RS485网络可以连接32个网络设备，采用高输入阻抗的接收器，其网络设备的总数可以扩展到256个。图1是一个典型的RS485网络拓扑。在RS485总线中由于只能有一个发送器往总线上发送数据，如果同时有多个发送器发送数据将导致数据冲突，因此只能选择主/从结构的应用层协议，如Modbus。Modbus协议采用主/从工作方式，由主站向从站发送数据请求，从站在收到主站数据请求以后发送响应数据包，从而避免了总线上的数据冲突。

图1 RS485网络拓扑示意

2 RS485串行通讯在油田的应用

2.1 油田数据采集的功能要求和智能设备选型

随着石油和天然气工程自动化水平的提高，智能检测和控制设备得到了广泛的应用，为避免由于各个设备数据接口不同而导致的自动化孤岛效应，在工程实际应用中应对各设备厂家的数据接口做统一规定。由于RS485串行通讯技术的优秀性能，目前绝大部分的仪表和设备厂家都能提供RS485串行接口，如分析仪、流量计生产厂家等。通过该接口将设备数据逐步归集到整个油田的SCADA系统。

2.2 油田数据采集底层网络的设计

选择带有RS485接口的智能仪表和设备后，就可借助串行通讯网络实现对各设备数据的采集。图2为中东某油田项目中的串行通讯网络设计图，带RS485接口的原油测试分离等智能设备，通过光纤进行媒介转换以后，连接至控制室的串口联网服务器上，该串口服务器采用MOXANPort 5630，共16个串行通讯接口，每个端口可以独立设置通讯参数如应用层协议、通讯速率、奇偶校验等，应用层协议为Modbus RTU，智能仪表设备作为从站。

图2 中东某油田项目中的串行通讯网络示意

2.3 RS485底层数据链路与SCADA系统的传输控制

图2方案中串口服务器通过一个10/100 Mbps的以太网口与上位SCADA系统连接，并通过串口服务器内置的ADDC数据流向自动控制软件来控制各串口设备的数据传输，确保数据采集的实时性。通过该串行通讯网络，系统实现了对分布在近40 km2内几百口油井的远程操作和监控，减少了大量油田的操作人员，不但创造了良好的经济效益，而且大大降低了现场操作的安全风险。

3 结束语

RS485作为底层数据收集的重要手段，以其高可靠性、高适应性、易扩展性，在油气田监控中得到了广泛的应用。随着信息技术不断发展，智能仪表设备的自动化水平不断得到提高，现场设备信息交换量不断增加，对串口通讯的要求也不断提升，RS485串口通讯技术必将在油气田智能化领域扮演越来越重要的角色。

[1]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]胡成华，刘传瑞，郭文生.嵌入式网络编程：串口通信、工业总线、传感器网络应用开发[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3]TIA/EIA-485，Electrical characteristics of generators and receivers for use in balanced digitalmultipoint systems[S].

Application of RS485 Serial Communication Technique in Oilfield Remote Monitoring and Control

Liu Feng
China NationalOiland Gas Exploration and Development Corporation，Beijing 100034，China

The serial communication technique is widely used in the smart instrumentation and control devices of petroleum engineering.Based on the analysis of RS485 serial communication technical characteristics,this paper takes the application of this technique in a certain Middle East oilfield for example to demonstrate the type selection of smart instrumentation and the engineering design method of serialcommunication chain.

serialcommunication；RS485；serialcommunication chain

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.025

刘峰（1985-），男，北京人，2008年毕业于长春理工大学电子信息工程专业，2010年毕业于伦敦大学光电系统专业，硕士，现主要从事电子系统应用方面工作。

2014-06-28