北斗卫星通讯技术在油田数据传输中的应用

杨越

[摘    要] 油田分布区域广、地形复杂。通过北斗卫星通讯数据传输系统，运用PLC逻辑控制技术、卫星通信技术，实现数据传输至油田SCADA系统（数据采集与监视控制系统）可真正实现超远距离的SCADA应用。文章以某油田为例，运用北斗卫星将偏远地区的数据采集回传，实现数据传输不受地形、天气等的影响，其思路可供其他油田参考借鉴。

[关键词]  北斗卫星;油田;传输;数据应用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 11. 074

[中图分类号] TE345;TN927    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2019）11- 0172- 02

1      前    言

油田分布区域广而且地形复杂。生产数据传输网络主要分为有线网络及无线网络，无线网络类型主要由WIFI、无线网桥和4G网络构成。目前存在一些地区边远、地势恶劣、没有网络覆盖的井区，生产数据无法回传，需要依靠人工往返井场抄录数据，巡检周期长，工作量大，费时费力。迫切需要一种不受地形、天气影响，造价便宜使用方便的无线数据传输方法，解决数据远传集中监控的需求。

油田采用卫星通讯数据传输系统，运用PLC逻辑控制技术及卫星通信技术，将现场采集数据传输至中控室SCADA系统。卫星通讯技术的应用，使油区数据传输全覆盖，无盲点，不再受传输距离、地理环境、天气条件等不利因素的影响，弥补了光纤传输、数传电台、无线网桥的缺陷。

2      北斗卫星建设总体思路

北斗卫星的简短通信功能可以实现用户与地面控制中心、用户与用户之间的双向数据传输。用户终端通信工作在L/S波段，并且具有多个业务并发执行的能力，可以在3 s内将用户监测站的数据发送到用戶数据中心站。数据传输的形式为超长报文，并且不需要申请专用信道，一般用户一次可传输36个汉字，经核准的用户可以一次传输使用连续传送方式，最多可传送个120汉字[1]。

整个系统在纵向上可分为三层，即：设备传输层、采集层、应用层。

设备传输层——采用北斗卫星传输。传递采用终端与卫星之间双向通信的交互方式。

采集层——系统采用PLC控制器采集现场仪表的数据。

应用层——IFIX组态软件进行数据集中处理，在中控室SCADA系统中进行界面远程控制，采用目前流行的多层开发模式进行信息采集与发布;使用浏览器/服务器的方式同步实现数据网上发布。

总体设计思路如图1所示。

3      北斗卫星建设具体设计

3.1   数据链路设计

（1）通过采集现有控制器内数据，包括运行状态、压力、电量参数、变频器参数等。

（2）采集传输终端通过RS485接口（Modbus RTU），采集现场PLC控制器。

（3）中心站通过卫星接收数据，并提供以太网接口（Modbus TCP协议）[2]。

其流程如图2所示。

3.2   通讯基站建设

通用型北斗二代短报文、北斗/GPS通信定位终端一体机（以下简称一体机）专门为数据传输而研制的机型，采用收发天线、模块、核心主板一体化设计，集成了RDSS、RNSS天线、射频收发电路、基带电路等[3]。可编程控制器简称PLC，是一种数据运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

3.3   PLC与通讯设备的调制

PLC 的基本工作方式是在系统软件的控制下采用周期工作方式，即扫描工作方。它的操作系统是一个小型的实时软件，在每次扫描期间，除了读入各输入点的状态，用户逻辑输出控制信号以外，还进行故障自诊断和处理与编程器，计算机等的通讯请求等。

西门子编程软件指令库中包含专门为Modbus通讯设计的子程序和中断服务程序，使得通讯简单易行。在指令树中找到这些指令，选择指令时，会有一个或多个相关的子程序自动添加到项目中，由这些程序来管理整个的通讯过程。实现现场控制器通讯协议标准化，将原有的Modbus（支持一个主站）的通讯方式改造为Modbus TCP协议（支持多个主站）。

在水源井内设置1座PLC控制柜， 统一布局在控制柜中。通过对西门子S7-200PLC进行逻辑控制器处理各种指令，通过给定Modbus TCP协议通过485方式将所需数据点传送卫星通讯模块，卫星通讯模块将所接收的数据通过卫星传送到接收机，接收终端处理后通过交换机接入油田自动化专网。油田SCADA系统通过驱动读取指定卫星通讯模块的数据地址读写所需的数据和控制点，这就为实现全站“管控一体化”打下坚实基础。

3.4   通讯连续性测试

通讯链路通讯连续性测试，如表1所示。

通过对油区A、油区B通讯设备测试、发现卫星通讯效果优秀。完全符合现场设备传输需求。

3.5   采集数据网上发布

北斗卫星采集数据通过PLC控制器间的通信协议将数据自动采集到SCADA服务器中，并在中控室SCADA系统界面上进行实时显示。SCADA系统是建立在自动化专网中的系统，只能在专网中进行查看，为了能使自动计量数据在办公网上实现数据发布，需要将计量的实时数据上传到自动化Oracle数据库 [4]。

在服务器上建立自动化系统主数据库，建立数据库联接引用各二级单位实时数据，通过链路把历史数据转储到主数据库上。自动化实时数据通过专用设备转储到Oracle关系数据库中，在数据库开发方面，大量使用存储过程和视图进行数据库后台访问并处理数据计量数据。

系统发布所采用平台为油田统一的集成运用平台，通过可视化的定义工具，操作步骤更加简化，逻辑更加连贯。在遵循定制思想、优化定制流程的前提下，集成平台以操作可视化、简捷化、标准化为理念，采用相对简便、逻辑清晰、所见即所得的操作来完成之前的复杂定制工作，极大地提高了定制工作的效率和准确度。

4      北斗卫星推广应用

4.1   推广情况

按照示范区建设，油田首次采用北斗卫星接入SCADA系统，首次实现了同步卫星数据传输，通过在偏远水源井的成功应用，取得了较好的效果。

4.2   应用效果

通过北斗卫星的成功实施应用，实现油田偏远地区数据的回传，为企业有质量、有效益的生产提供技术支撑，形成以下效果：

（1）节约成本费用。传统的光纤通讯单独架设光纤费用昂贵，若全部偏远井区用光纤接入，费用需上百万元;北斗卫星的投用大大减少了员工往返现场的次数，节约车辆费用。卫星通讯覆盖偏远井区后，1人可完成所有站库的监控工作，很大程度上减少一线操作员工数量，节约企业成本。

（2）为偏远井区的数据采集提供技术支撑，提高管理水平。在中控室就可實现对现场设备的远程启停、数据采集、功能设定，实现了油田接转站的“管控一体化”，提高了管理水平。

（3）数据报警信息远程监控，降低生产安全风险。夜班巡检存在人员少，站点多的情况，巡检工作量大，系统设置报警参数后，报警出现时刻及时通知现场人员采取相应的应急措施，减少现场跑油等现象，有毒有害气体超标时提示人员严禁进入，减少不必要的人员伤害，降低生产安全风险。

主要参考文献

[1]徐明明.水文测报数据传输中的北斗卫星通信技术探讨[J].工业技术创新，2016（4）：831-833.

[2]邓志君，梁松峰，基于RS485接口Modbus协议的PLC与多机通讯[J].微计算机信息，2010（8）：107-108.

[3]王磊，宋蕾.利用北斗短信功能实现海上测量信息的回传[J].海洋测绘，2011（3）：25-27.

[4]刘霁宇.北斗卫星SCADA通信组网方案[J].黑龙江科技信息，2009（24）：50.