嵌入式油井智能监控系统*

李海燕 刘广涛 烟台职业学院

嵌入式油井智能监控系统*

李海燕 刘广涛 烟台职业学院

油井数字监控网络单元采用的是星型/总线的拓扑结构，嵌入式油井智能监控系统由馈线网、配线网和终端用户线3部分组成。嵌入式智能系统的OLT和ONU之间最大距离可以达到20 km，如果再采用有源中继器进行调制，距离还可以再扩展一些。ONU采用的是全方位油井监控系统的方案，并且还采用了以太网协议，在管理终端用户与监测设备间的高宽带和低宽带之间进行双向定位勘测，实现以太网层次拓扑中数据链路层和网络层的交换功能。

远程监控系统；嵌入式智能技术；监控装置

油井数字监控系统经历了局域网、城域网到如今的广域网的发展历程，并且随着科学技术的不断发展，现代油井智能监控系统能够实现全方位、远距离的监测，每个终端用户之间可以建立大型无线局域网络，实现内部资源共享。在局域网络系统中不同的IP地址之间的终端设备可以实现远程控制，降低检测设施时的风险性。

1 系统拓扑结构

油井数字监控网络单元采用的是星型/总线的拓扑结构，如图1所示。嵌入式油井智能监控系统由馈线网、配线网和终端用户线3部分组成。拓扑结构网服务区（SA）内基本保留着传统CWZ网的树型—分支型数字网，可以实现双向监测，当油田受到外界电磁信号干扰时，嵌入式智能监控系统仍能在数字传输信道内完成数据信号传输的功能。

为了增大油田监控系统传输带宽，在嵌入式油井监控系统内增加了一个EPON交换机接口的网关，设计的网关属于智能网络设备，可以通过标准的接口和一组开关连接[1]。这种装置是把油井监控系统内开放的接口集成使用，如V3系列接口，可以去除嵌入式油井监控系统内的主线架，并实现油田内部网络管理的功能；同时也实现了油井监测和控制的全自动化功能，终端设备内的单元接口在组建模式上采用网络接口单元（NIU）。该装置由微处理器、存储器和控制逻辑等构成一个智能化的无线调制解调器，它不仅能够访问油田内部的数据网络，也可以设置HDT数字信号传输的波形。接口单元网络监控系统软件可以促进油田内部信息的共享，改变了原有装置的功能和服务配置，具有较大的灵活性。

图1 智能监控系统的网络拓扑结构

增加带宽的关键是增加局用数字终端（HDT）、网络接口单元（NIU）和光纤节点（FN），局用数字终端主要完成传输信道所需的通道信令编码功能；网络接口单元主要完成CKF系统和终端设备之间的接口功能；光纤节点主要完成油田光纤配线有关接口卡槽设备的连接，具有双向光/射频信号转移和射频放大功能，从而提高了监控设备的运行效率。

2 嵌入式智能系统设计

本系统采用点到多点结构，无源传输方式，能够提供多种业务。目前，此系统在油田行业的占有率达到95%以上，由于经济而高效的设计结构，将成为连接油田监控网络中最有效的监测方式。

由OLT、ONU、POS机组成了一个典型的嵌入式系统，其结构如图2所示。OLT在机房的中心，ONU在网络接口单元或附近。这里的POS（无源光分路器）是用于连接OLT和ONU的无源器件，它能够发出下行和上行数据。OLT是一个交换机或路由器，是一个多业务平台。它提供了无源光分路器接口，根据PON城域网和广域网目前的发展趋势，OLT提供了大量的10 Gbit/s以太网接口以及WDM传输支持[2-3]。

图2 嵌入式监控系统结构

嵌入式智能系统的OLT和ONU之间最大距离可以达到20 km，如果再采用有源中继器进行调制，距离还可以再扩展一些。ONU采用的是全方位油井监控系统的部署方案，并且还采用了以太网协议，在管理终端用户与监测设备间的高宽带和低宽带之间进行双向定位勘测，实现以太网层次拓扑中数据链路层和网络层的交换功能。这种交换层次类型还可以通过为多个油井终端用户进行层叠，使多路信号进行复用进而提高共享资源带宽。目前众多的监控系统使用的都是这个协议，特别是在监测的过程中通常需要协议之间的不断转换，用户在透明的传输终端接收数据的相关信息，除了光网络单元外还支持其他的信令协议，并且不会加大对设计和操作要求的复杂程度。使正向信道中卷积编码信道带宽存储在更大容量的光网络单元中，实现交织信道的重复利用，缩短OLT到ONU之间的往返距离。在OLT设备中有1个监控传输接口、2个E1/T1传输接口和1个以太网发送接口。当然，在油井监控系统的接入方式中，可以把监控传输接口和以太网发送接口看成是一条被经过多次集成压缩的虚电路，此时不需要链路数据交换功能。

为了达到足够的带宽，使用户可以对油井进行良好的监控和管理，智能远程系统会自动分配控制所需的带宽。远程服务分配控制（Remote Provisioning）过程中网络管理员通过对中央管理系统（CentralManagement System）管理OLT、ONU和所有其他的设备，还可以为用户提供管理CPE（终端用户）的服务业务，该系统就可以根据用户的需求分配带宽。

3 结语

嵌入式智能监控系统能够对油田安全问题实施全方位控制，及早发现问题并进行解决。针对目前国内油田安全状况，凭借一个智能监测系统进行维护管理仍然是不完够的，需要相关部门重视油田监控工作，加大力度开发新型监控系统，切实提高技术人员专业素养，与时代的步伐相一致，才能促进油田生产的发展。

[1]赵俊平．油气钻井工程项目风险分析与管理研究[D]．大庆：大庆石油院，2007.

[2]桑海泉，康荣学．基于无线局域网（WLAN）的油田安全监控系统研究[J]．中国安全科学学报，2009（7）：102-109.

[3]吕治忠，陈燕红，钟功祥，等．试油实时数据监控系统[J]．油气田地面工程，2011，30（1）：32-34.

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.051

基金论文：山东省高等学校科技计划项目（J12LN74）。