GPRS技术在油田监测系统中的应用研究 G PRS技术在油田监测系统中的应用研究 Application Research of GPRS Technology in Monitor System of Oil Field 张 闯 (辽宁工程技术大学电子与信息工程系,辽宁葫芦岛125105) 刘万军 (辽宁工程技术大学软件学院,辽宁葫芦岛125105) 摘要 介绍了在VisualBasic6.0环境下,利用Winsock控件,通过GPRS网络实现上位机和终端之间通信,从而实现远程油 田实时监测的系统。方案通过GPRS网络实现油井测点数据的传输,提高了运行的可靠性并降低了系统成本,解决了动态 IP访问、与本地监控的协调、GPRS信道流量优化等问题。着重对系统的实时性和可靠性设计进行了分析和论述。具体说明 了系统实现中的难点和关键技术,分析了系统的性能,同时展望了该技术广泛的应用前景。 关键词:GPRS,油田,监测系统,数据传输,远程监测,实时监测 Abstract This paper introduces a remote monitoring system in Visual Basic 6 0,which is accomplished between the upper and lower computers with Winsock control by the network based on the technique of GPRS.The data were transported by pass— ing GPRS network.The system is high reliable and at low price.it resolves the problems of accessing dynamic IP,correspond— ing to locale monitor and optimizing the flux of GPRS channe1.This paper discusses the implementation of Point to Multi— Point Communications and the transmission of monitoring information in the network,and it analyzed and discussed the real time performance and the reliability of the system in detail .Keywords:GPRS,oil field,monitor system,Data Transportation,remote monitoring,real—time monitoring 由于油井地理位置分散,采集、监测功能要求稳定,安全性 明的传输信道,可经由GPRS网络与远程设备双向传输。 要求较高。过去采取人工抄表、电话报数、现场手动操作的原始 注册转发服务子系统:VB开发,通过Winscock组件与 监测方法。GPRS(GeneraI Packet Radio Service)是通用分组 MA8建立连接,注册转发服务子系统于Winsock—Connection— 无线业务的简称,主要用于实时性高数据量较大的远程数据传 Request事件以Winsock.Accept requestlD收到request ID 输过程,如工业监测、环保监测、水文检测、GPS车辆定位系统 后,再以Winsock.SendData“Welcome!!!''回“Welcome!!!''给 等领域,具有可靠性高和成本低等优势。 MA8。表示已建立连线,MA8就会送一个MA8 ID号上来给注 1 系统总体结构 册转发服务子系统,这时注册转发服务子系统就可以对远端的 1.1系统概述 MA8做双向的动作,形成一个点对点的数据传输方式。 油田监测系统主要监控和管理分散在各个油井的测点的工 数据库子系统:Oracle9i,根据数据处理的需要,建立相应 作状况,并能够及时采集重要的功况图等信息,为整个油田的效 的存储空间、用户、数据表、视图、触发器、存储过程。 率优化调度提供科学依据。系统结构如图1所示。 管理子系统、Web服务器、Web页:管理程序和Web发布 程序统一实现,采用WebLogic 8.1作为Web服务器和应用服 务器,页面表示由JSP实现,业务逻辑由EJB实现。 2 系统涉及到的若干问题及解决方案 2.1动态IP访问 GPRS传输终端采用动态IP,每次连接服务器使用不同的 IP和端13以及Winscock组件的实例号(Winscock组件与多个 GPRS传输终端通信时,产生多个实例,一个实例与一个GPRS 传输终端通信,每个实例产生一个唯一实例号)。为了解决 GPRS传输终端的定位与识别,在数据库中建立GPRS传输终 图1系统结构 端的动态IP表,以GPRS传输终端的唯一ID号作为标识(此ID 1.2系统实现 号预先在GPRS传输终端中写入),每次GPRS传输终端重新连 现场设备:现场安装在油井上的各种传感器,如角位移传感 接服务器,都刷新动态IP表,取得并存入新的IP和端13以及 器、载荷传感器、电流传感器、电压传感器、压力传感器等。 Winscock组件的实例号。服务器向GPRS传输终端发送数据 采集分站:ADAM5510机座,以及相应I/O模块(例如: 时,在动态IP表中根据ID号查找对应的实例号,向对应的实例 ADAM5017——8通道模拟量输入,ADAM5051——16通道数 号发送数据即可,服务器接收GPRS传输终端发送的数据时,在 字量输入),5510M(4槽)和5510E(8槽)。ADAM一5510系列是 动态IP表中根据接收数据所调用的实例号查找对应的ID号就 基于PC的可独立完成数据采集与控制的可编程控制器。采用 可以确定是哪个终端发来的。 工业级塑封外壳可确保系统在恶劣的工业环境中可靠运行。 取得IP和端口的方法为: GPRS传输终端:WirelessPlug MA8—9通讯模块,MA8-9 tcpServer(0).RemoteHostlP 整合GPRS模块与标准接口,内建TCP/IP协议,提供安全、透 tcpServer(0).RemotePort 维普资讯 http://www.cqvip.com
《工业控制计算机}2006年19卷第4期 21 取得可用的Winscock组件的实例号的方法为: 由服务器一起处理。 Private Function Chk_Winsockl—State()As Integer (2)优化指令交互方式 Dim i As Integer 为了灵活采集,必须采用交互采集方式,由服务器发出指 For i:1 TO num If tcpServer(i).State=sckCIosed Then 令,采集分站根据收到的指令的要求采集和发送数据。采用自定 Chk_Winsockl_State=i 义指令格式,指令分为即时响应指令、持续响应指令和设置指令 Exit Function 三种,即时响应指令为5510接收到后立即执行的指令,指令执 End If 行完就不再起作用,比如:发指令取某个5510上某几路的即时 Next i 数据;持续响应指令为5510接收到后持续执行的指令,在后续 Chk_Winsockl—State=0 的同类指令修改它以前,5510将一直执行这条指令,比如:发指 End Function 2.2异种采集分站及I/O模块共存 令让某个5510每60s发一次某几路的数据;设置指令为设置 5510M(4槽)和5510E(8槽)两种采集分站共同使用, 5510内一些参数的指令,比如:重设5510内的时间,重设采集 5510M可接4个5017,每个5017可连接8个通道的模拟量, 精度,等等。 共8 4=32个通道的模拟量,5510E可接8个5017,每个 表1 自定义指令格式 5017可连接8个通道的模拟量,共8 8=64个通道的模拟量。 时响 指令 ¥¥13S10081324392 I I¥¥(指令头)1:{(551010)sI(指令功能:取 ̄PH,I数 )(x)81((;PRSf0)3243(要采集的数槲第3槽第2 可在程序中循环利用5510的库函数unsigned char 路数槲、第4礴第:l路数掬:)92(1 Rc校验) Get 3S2008 10060324:{59 I _BoardlD(int Board)取得各槽上I/O模块的型号和槽数,根 持续州应指令 躺I¥¥(指令头)I3(5510 TD) (指令功能:取持续数 )0081(GI, TD)0060(每∞秒发送一次数 据I/O模块的型号进行相应的处理,采用同一程序动态处理各 据):{21:l(要采集的数据第:l槽第2路数据、笫4精第:{路数据)59(1 Rc校验) 设置指令 }¥¥1 3S300812005lO1316161686 I 种情况。 ¥¥(指令头)l:{(55101lj)s3(指令功能:雨醍5510内的时间)008l(GPRS J0)200.5101316I6 J6(晕 取得各槽上I/O模块的型号和槽数的程序为: 5.510山的If.jfnJ为200.5 10 I:l 16:16:16)86(I.RC校验) for(i=0;i<8:i++) 由于油田测点数据格式相对固定,大部分情况下持续响应 {type[i]=Get—BoardlD(i); 指令就可以满足采集要求,采用持续响应指令而不是大量使用 SlotNum++; 即时响应指令,有利于大幅度降低GPRS信道流量和收发频率。 1 2.6程序适应性 2-3多个采集分站共用一个GPRS终端 有些应用需要采集不定间隔的量,比如不定长周期的功况 服务器与GPRS终端通信基于连接,每个Winscock组件 图(位移一载荷图)。不同井的周期不相同,同一口井每次的周期 的实例对应一个GPRS终端,一对一连接,服务器向某个GPRS 也不完全相同,为了能动态改变采集的周期,采集的时候要随时 终端发送指令,其它GPRS终端不会收到,而这条指令对于这个 判断是否已达到一个周期,以采集值回到这个周期的初始值为 GPRS终端的多个采集分站是广播式发送的,连接在这个 标志。 GPRS终端上的多个采集分站都会收到这条指令。为了能让某 每次采集的时候记下初始值和初始间隔,方法是预取n个 个采集分站单独响应指令,可以在指令中指定采集分站的ID号 点,最后一点为初始值,从这一点开始采集功况图,相l临两点的 (5510上8位拨码开关的ID,两位十六进制数),在5510中用函 最大间隔为初始间隔。intwy为位移初始间隔,intzh为载荷初始 数unsigned char Get_NodelD(void)取得自己的ID跟指令中 间隔,intwybs、intzhbs为调节功况图闭和精度的系数,n、in— 指定的ID号比较,相同说明这条指令是发给自己的,执行,不相 twybs、intzhbs均可通过设置函数进行设置。 同说明这条指令不是发给自己的,不执行。 for(cs:0:cs<=n:cs++) 2.4与本地监控的协调问题 { 在油井现场,设有监控室进行现场监控,本地监控采用组态 Get501 7H(ibuf[1 0]-49,ibuf[1 1]-49,&c1): 王6.5开发,组态王也与5510内的程序进行交互。为了在远程 Get5017H(ibuf[12]-49,ibuf[13]-49,&c2): 监控的同时让程序也能为本地监控提供数据,以5510M接4个 Get501 7H(ibuf[1 0]-49,ibuf[1 1]-49,&b1) :Get5017H(ibuf[12]-49,ibuf[13]-49,&b2) :5017为例,以下面的程序将4 8路数据存人数组Share_Mem if(cs==O l lintwy<(abs(bl-c1) intwybs)) [】,组态王取数组Share_Mem[】中的数据得到监控值。 { for(slot_no=0;slot—no<4;slot—no++) intwy=(abs(bl-c1) intwybs); for(ch=0:ch<8:ch++) 1 Get501 7H(slot—no,ch,&Share—Mem[ch+slot—no 8]): if(cs==O l lintzh<(abs(b2-c2) intzhbs)1 2.5 GPRS信道流量优化问题 { 由于油田测点较多,降低GPRS信道流量和收发频率,有利 intzh=(abs(b2-c2) intzhbs); 1 于系统的稳定和GPRS信道的通畅。 1 (1)打包发送 然后在循环采集的时候,每采集一个点,判断if(abs(bl—al 有些应用需要高速密集地采集一段时间内的数据,而对实 [j])<intwy&&abs(b2-a2[j])<intzh)是否成立,成立则break完 时性要求不高,比如要采集采油机一个周期约15s的功况图(位 成一个周期的数据采集,不成立就继续采集。 移一载荷图),每50ms一个点,如果每采一点就发送一次数据, 3结束语 服务器要频繁接收和处理数据,加重服务器负担不利于服务器 基于GPRS技术的油田监测系统设计方案作为一种可靠性 的稳定运行。这种情况下可以采取实时采集集中发送的方式,将 高且性价比较优的开发方案,既能缩短开发周期,又能有效降低 实时采集到的数据暂时存储在5510里,一段时间集中发送一次 技术门槛,具有广阔的应用前景。 数据,比如采完一个周期后将一个周期的数据一起发给服务器, (下转第23页) 维普资讯 http://www.cqvip.com
《工业控制计算机}2006年19卷第4期 本系统中,除了采取软件滤波的同时,在硬件上综合采用了几种 Go(s)e ̄ — 抗干扰的技术:①将信号导线扭绞和屏蔽,且屏蔽层接地;②滤 丽一 波,在仪表输入端加入滤波电路,以使混杂于信号的干扰衰减至 最小;⑧电缆的铺设,电缆在铺设时,必须注意信号导线远离动力 由式(2)、(3)可知,当G (s)=G。(s)时,系统将得到全部补偿; 线,特别不允许把信号导线与动力线平行铺设在一起,信号线与 而当GM(s)≠G0(s)时,只要适当整定Gc2(s)的PI参数Kc2和 , 电源线亦不应由同一孔进入仪表内。在接线端子处,要合理安排, 则本算法能够克服过程动态参数变化的不利影响。但是式(2)分 高电平和低电平线分开,中间隔以备用端子或地线端子。④正确 子上的e 说明被调量y(t)的响应还比设定值延迟Tn时间。 的接地。在系统中,对不同类的接地采用了不同的接地方式。强电 为了保汪系统输出响应无余差,将两个控制器均设为PI控 保护接地如电子设备外壳、工控机等保护接地,与弱电抗干扰接 制器: 地如电子设备的系统地和屏蔽接地等采用分别接地的原则,且两 者的接地极距离大于15 m以上。同时,对于弱电抗干扰接地,采 Goj(s)=Kq《1+ =1,2) (4) 用各种接地线在机箱内统一连接后再与接地极相连接。 对于主控制器G。,(s),只需按照模型完全准确G (s)=G。 2 自适应Sm_fh预测控制算法 (s)的情况整定。对于辅控制器Gc2(s)则相对复杂些。由图3知, 链条锅炉的动态特性是惯性时间常数大和有延迟,并受煤 质等不确定因素影响,锅炉广义对象模型一般可用如下一阶惯 性环节加时延来描述[1】: G。《s =丽KO G 一—1+Go2(s—)GM(s) (5)。 其中:T0:纯滞后时间 由式(1)可知:G” ,同时又由式(4)和式(5)可得: 根据系统的动态特性,我们决定采用自适应Smith预估补 偿控制算法[2-3I,该算法克服了简单SmIih预估补偿控制对数学 模型要求精确的缺点,可使系统的稳定性及过渡过程的动态品 质有较大提高,尤其对广义动态参数的变化很不敏感。其结构如 一巍,瓦 2S TMS+1 一 磊1 ㈦ 图3所示,经方块图变换可得等效方块图如图4所示。 G产 1 南 图3 自适应Smith预估补偿控制算法方框图 圉4图 的等效图 其中:Go(s)e一 :锅炉广义对象传递函数;GM(s):不含纯滞 参考文献 后环节的补偿器模型;G (s):第一控制器传递函数;G ,(s):第 ’金以慧过程控制-北京:清华大学出版社,1996 二控制器传递函数;Dea d Time,lE E,IEcI.voI.27 pp234,二241,19Bo 通过图4可得系统闭环传递函数: 3邵惠鹤工业过程高级控制.上海:上海交通大学出版社,1997 一 Gc,fs fsJe r [收稿日期:2005,11 4] R S ‘1+G。(s}G (s}+G。(s} 考 ;; \G (s) 一GM(s) 、 ‘ ”+”+”+-+-+”+-+-+一+”+”+-+-+”+ +一+一+一+”+”+”+”— 一— 一+”+。— ”— ”— — (上接第21页) Network Simulator” 3 CurtisS.VB数据库编程[M].北京:清华大学出版社,1999 参考文献 4 JefferyPM VB数据库访问技术[M].北京;机械工业出版社,1999 1 钟章队.GPRS通用分组无线业务[M].北京:人民邮电出版社,2001 5张冠生.电器理论基础[M】.北京:机械工业出版社,1980 2 Richa Jain,“Simulation of GPRS MS-BS Interface Using ns— [收稿日期:2005.11.17]
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