无线传感器组网的智能监控系统

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1、基于物联网的油田智能信息监控系统实践张福生、蒋安波、杨立强、刘俊娜1概述油田涉及各种设备和系统，油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，分布比较零散，目前大多采用人工巡井方式，由人工每日定时检查各设备运行情况并记录各相关数据。这种方式必然增加工人劳动强度，并且影响了设备监控与采油数据的实时性和准确性。并且当抽油机、电泵、油压、油温等出现异常时不能及时发现，得不到有效监控、防患和控制。为此，油田急需建设一套基于物联网的油田智能信息监控系统。以实现智能的监测和控制油田的油井、计量站、联合站、油品集输、油罐

2、、天燃气站等各种重要设施和油田安全生产场所，监测、采集和汇集生产各环节的数据，并进行相应的分析、定位、处理和控制。该系统采用以ZigBee为无线通信技术和传感器技术组建无线传感器通信网络，并运用计算机技术、自动控制技术、嵌入式开发技术、现代通信技术、组态技术、音视频监控技术、GIS、GPS以及现代软件工程理论和软件编程方法等技术来解决行业信息化中生产信息的智能监测与控制，还可应用于各相关行业的各种信息化监测与控制领域。2、应用背景随着世界科技和经济的高速发展，人们对生产现场各种资源信息的获取和控制倾向于

3、自动化、智能化，特别是具有危险性、人力不方便触及、数量巨大的设备参数控制等方面。例如：人们对石油的需求日益增大，石油资源又是一种不可再生的天然资源，加之油田企业各岗位原则上不增编的用人机制，在此种条件下如何确保油田企业安全、高效稳产是油田企业所面临的严峻现实。油田采油通常由油井、计量站、中转站、联合站、原油外输系统、油罐、天燃气罐以及油田的其它设施组成，整个采油厂、矿、站各种生产设施的工作状态及其产品（如水、油、气等）的相应数据（如温度、压力、流量等）就直接关系到油田生产的稳定及安全，而这些重要数据目前

4、大多由人工方式每日定时检查设备运行情况并测量、统计相关各生产数据，这种客观条件必然使工人劳动强度加重，并且影响了设备监控与生产数据的实时性，甚至准确性，同时存在疏漏、笔误和作假等隐患。7目前，我国一些油田企业也采取一些通过诸如RS485总线形式的局域有线网、便携式采集设备的方式或以GSM短信息的方式达到对油井部分生产数据监测和统计之目的，一定程度上解决了上述问题，但这些技术有较大的局限性。首先，油田各采油厂、矿、站需要监测的设备量较大，并相对分散，有线组网方式布线困难，灵活性差，建设成本高，而且出现网络

5、故障时，短时间内很难定位和排除故障点；其次，油田各采油厂、矿、站内通常都有大功率的电机、泵机甚至变电站，这些设备工作时所产生的干扰可直接侵入网络而导致有线网络瘫痪，严重时周边设备都不能正常工作；第三，有线网络对油田各设备的检修产生一定程度的障碍，一旦维修人员维修时不小心可能导致有线网络的物理连接失效，使有线网络不能正常工作。至于便携式采集设备，其只能解决部分生产设备或数据的采集和监测问题，而且由于其采集时需要人工安装到相应生产设备上，将相应数据采集到便携式设备中，需要经常拆装，其与生产设备的接口部分磨损

6、严重，常出现接触不良或无法连接的问题，并且将采集来的生产数据需要人工方式再上传至生产监测分析系统，仍然存在数据的实时性差和便携式设备丢失等问题；采用短消息的方式也存在上述问题，即基于（GSM）的短消息（SMS）或无线分组网（GPRS）通信方式实现了仅是对油井设备的监控，虽然解决了油田井口一些设备的监控问题，但仍然存在短消息滞后、丢失、GPRS掉线等通信受阻问题，其通信设备相对于ZigBee模块成本高、还需长期缴纳信息服务费，该系统的实时性、可靠性和控制的安全性差。传感器技术是一种自动检测技术，被广泛应用

7、于工业自动检测领域；ZigBee（802.15.4协议）技术是一种新一代的短距离双向无线通信技术，具有低成本（免执照频段、免专利协议）、低功耗（省电）、网络容量大、安全性高、抗干扰力强、网络自愈力强的特点，二者融合并辅以相应控制器可克服以上组网方式或系统的局限性，彻底实现油田信息的智能化监测和控制。3、系统建设目的本系统是以克服上述缺失和局限性为基础，结合并推广了现有油田生产设备监控管理系统应用的设计思路，将油田的采油厂、矿、站中的计量站、中转站、联合站、原油外输系统、油罐、天燃气罐以及油田的其它设施的

8、生产工况、工作状态等监测数据或信息，利用传感器技术和ZigBee技术构建无线传感器网络，并实时、安全、低成本地将监测和控制信息通过本地监控中心的油田信息监控管理系统软件接入油田企业现有的各级网络中，实现对油田企业各相关生产设备、生产数据、安全指标等信息的监测、定位、分析处理、显示、警示和控制。4、系统实施原理本系统采用基于ZigBee通信与传感器组网的行业信息监控系统及其监控方法。以无线ZigBee技术为实现方式之一，其中基于ZigBee7