一、項目背景

油田是一個以油氣生產為主，集勘探、開發、施工作業、后勤輔助生產、多種經營、社會化服務為一體的，專業門類齊全的國有特大型企業。油田的勘探、鉆井、測井、錄井等是野外作業，流動性強，點多、分散、距離長，施工現場與公司之間的信息交流長期以來沒有好的解決方案。油田管理層十分重視油田信息化建設，明確提出了未來一個時期油田信息化建設的具體目標。
借助“油井數據監控系統”，管理人員足不出戶就可以通過該系統隨時觀測到油井的生產狀況。油井工作的相關數據每隔兩小時傳輸一次，機井一旦出現故障，示意圖就會標示感嘆號，維護人員就能夠在最短的時間內趕到現場，及時排除故障。以前，采油測試工要到每個現場進行測試，費時費力不說，對每口井的工作狀態也很難把握，有時一口井發生故障，往往許多天后才發現。
油田工作環境惡劣，雷擊、地震及人為破壞等時有發生，怎樣把油井運行的相關數據傳送到中心控制室一直是個難題。以前，油田曾采用微波、數傳電臺的方式采集數據，但實際使用過程中，效果不理想，高成本的投入和頻繁的維護讓采油單位不堪重負。引入了GPRS鉆井數據上報系統之后，通過固定在機架上的傳感器，管理人員可以及時了解各個機井的工作壓力、采油時電壓、蒸汽溫度等數據，從而確保了油井的安全運轉。
油田還可依托GPRS/GSM網絡，實現了抄表自動化、精確化。用電控制中心對油廠用電的運行狀態可以通過電子顯示屏進行監控，每個控制點將用電狀態以短信息的形式及時傳送到控制中心，這樣就可以自動、高效、及時地掌握油田用電情況，自動生成配電計劃，實行科學的電力營銷和管理。這套裝置克服了以前人工抄表準確率低、費時費力、缺少集中有效的管理的弊端，解決了生產的后顧之憂。
二、GPRS方案優點
中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建油井數據采集傳輸系統，實現油井數據的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為環保信息采集傳輸系統的數據通信平臺。
GPRS油井數據監控系統具備如下特點：
1、可靠性高：
與SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，并具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電臺的多機頻段“碰撞”現象。
2、實時性強：
GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，并支持多點同時傳輸，因此GPRS監測數據中心可以多個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
3、監控范圍廣：
GPRS網絡已經實現全國范圍內覆蓋，并且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于環保信息采集點數量眾多，分布在全省范圍內，部分環保信息采集點位于偏僻地區，而且地理位置分散。因此采用GPRS網絡是其理想的選擇。
4、系統建設成本低：
由于采用GPRS公網平臺，無需建設網絡，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網絡維護費用。
5、系統運營成本低：
采用GPRS公網通信，全國范圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫游費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分-3分/1K字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現了系統的低成本通信。
6、可對各監測點儀器設備進行控制：
通過GPRS數據監控中心，可實現對現場設備的遠程控制，例如：遠程開關控制，遠程復位控制，遠程狀態查詢，遠程參數配置，遠程固件升級等。
7、系統的傳輸容量，擴容性能好：
油井監控中心要和每一個油井數據采集點實現實時連接。由于油井數據采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由于系統采用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監控中心可輕松支持幾千個現場采集點的通信接入。
8、GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境：
雖然與遠在千里的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一臺普通GSM手機相當, 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統數傳電臺小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。
三、解決方案介紹
由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，因此監測中心計算機需要一個固定的IP地址或固定的域名，各個數據采集點采用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機，從而進行數據通信。

（一）系統結構
1、油田信息采集點：
油田信息采集點通過油井控制器自動采集油井信息，通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，油井控制器采集到的數據通過GPRS DTU終端的內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GPRS無線網絡。
2、油田中心站：
a）公網接入方案
服務器采用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據采集應用。
b）專網接入方案
服務器采用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當油田信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據采集應用。
監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后先進行AAA認證，后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。
3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：
油田信息采集點的數據經GPRS/GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。
（二）系統方案

各采集點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監控中心相連。各采集點使用移動通信公司的GPRS普通數據卡或APN專用數據卡，同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記, 并與采集點信息進行關聯，以便識別和維護處理。油田信息中心運行監控軟件，實時采集油田數據。
經授權的信息采集點均可以使用本系統：
1、油田信息采集點必須使用移動統一的APN卡，用戶使用本卡只能用于與油田信息監孔中心通信。 2、終端設備使用成都眾山科技有限公司提供的GPRS移動數據通信終端。
3、用戶登記：符合油田管理部門的規定。
（三）產品特性
系統采用GFSPC03-G GPRS DTU無線透明數據傳輸終端。產品基于中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232/RS485接口, 可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站點之間的數據采集和控制。

1、內置TCP/IP協議棧，針對GPRS網絡優化
2、提供GPRS無線數據雙向傳輸功能
3、提供RS232/RS485接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+標準
5、支持自動心跳，保持永久在線
6、透明數據傳輸：為用戶的數據設備提供雙向100K大容量數據緩沖區，支持大數據包傳輸
7、自動撥號連接：DTU上電自動撥號上網、連接網絡，支持用戶端發起命令連接或遠程喚醒連接
8、提供短信通道，內置Unicode國際編碼轉換表
9、支持遠程短信/電話喚醒
10、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能
11、支持中心為固定IP或動態域名
12、心跳報告時間間隔用戶可設定
13、支持點對點、點對多點、多點對多點對等 數據傳輸
14、支持APN數據專網業務
15、安裝靈活、使用方便、可靠
16、支持多數據中心，自動切換
17、適應低溫和高溫工作環境
18、EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣環境應用
19、復合式看門狗技術，永不當機
20、整機低功耗技術，在線待機電流<20mA

（四）系統功能
1、數據檢測功能：自動監測、記錄采油設備上的電壓、電流、電度、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報警等數據。采集數據的格式為模擬、數字和串行通信口。還能完成流量和電度的積算。
2、數據共享功能：所測數據以及采油設備的工作狀態可以傳輸到局域網上，實現多方遠程數據共享。
3、顯示功能：總流程顯示、分組流程顯示、全部數據列表、分組數據列表、單個儀表歷史數據列表，對于日、月、年顯示、故障列表顯示。
4、輔助分析功能：及時發現停電、缺相、油管堵塞、盜油、液面過低、配重不平衡等異常情況。
5、報警功能：如果檢測值超過設定范圍，即聲光告警，并能在屏幕上顯示出現問題的儀表名稱以及參數超出的范圍，若有多個數據報警，將按順序顯示超值列表。
6、權限設置功能：權限設置分一般操作員、管理員、超級系統管理三種。利用輸入用戶名和密碼加以限制

（五）安全措施

本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

數據中心可通過公網接入,或者到移動專網接入，采用公網接入方式成本比較低，企業不用租用專線，而使用數據專線接入時，GPRS數據傳輸設備要經過Radius服務器的認證, 整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

1、APN數據專網模式：企業內部網絡中配置APN服務器，移動終端使用APN數據專網，由于采用數據專網,服務器與公網Internet隔離,可以有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統的范圍,只有屬于指定行業的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

3、可以為每個GPRS數據傳設備單獨配置 DTU ID號和密碼，通過數據中心在其登陸時進行應用層認證，其他沒有數據中心分配的DTU ID號和密碼的GPRS的設備將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。

4、數據加密：可對整個數據傳送過程進行加密保護。

5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統安全。

四、結論

數據中心采用有線方式，租用靜態IP目前費用約800~1500元/月。采集點采用GPRS無線方式，流量費用目前有包月制和按數據量兩種收費方式，按流量計算0.01元-0.03元/KB，而包月制20元/月有1024KB流量，可滿足目前數據采集系統的實際數據量，估計日后其費用會逐步降低。

該監控系統中，使用組態軟件和GPRS無線數傳終端，系統無線遙測遙控主機（RTU）將檢測到的單口采油井的現場狀態，通過無線方式傳送給監控中心，從而實現各單井狀態的集中監控，減少人員投入，有力的縮短油井故障發現和排除時間，極大的提高了生產效率，同時系統的性價比特高。另外，本系統還非常適合輸油管漏油，盜油監測，在多家采油場中使用，取得了較好的經濟效益和社會效益