数据采集中继器在石油行业的应用

克拉玛依油田地处远离市区的荒漠地带，目前许多采油区还不具备大量密集使用4G 的条件。针对克拉玛依油田的实际情况，重油公司A11物联网设计方案对ZigBee通信设备的传输距离指标设定为500米(中石油A11无线变送器传输距离指标设定为300米)，近几年重油公司物联网建设(单井数据采集)，投用了大量的中石油A11招标入围供应商提供的压力、温度变送器。

实践测试证实，受具体安装位置的限制与周边环境的影响，投用的这批压力、温度变送器其无线传输距离只有10m～120m左右，与中石油A11无线通信设备300米的指标和重油公司A11无线通信500米的指标相差很大，数据无法采集传输到网关(网络设备)。为能从根本上解决现存问题，经研究和实验测试确定，需实施引用一批数据中继设备，将中石油A11招标入围无线通信设备的传输距离扩展到500米以上，以适应新疆克拉玛依油田的实际需要。

数据采集器(数据采集中继)产品设计制造及现场工程实施严格遵循国际、国家、中国石油天然气股份有限公司现行有关标准。列表如下：

GB/T 34039-2017 远程终端单元(RTU)技术规范

GB 30439.1-2013 工业自动化产品安全要求

HG/T 20507-2014 自动化仪表选型设计规范

GB/Z 16656.1002-2010 工业自动化系统与集成，产品数据表达与交换

GB 50093-2013 自动化仪表工程施工及质量验收规范(附条文说明)

GB50055-2011 通用用电设备配电设计规范

一、数据采集中继设备构成与工作原理

数据采集中继器由Digi ZigBee协调器、数据采集中继器(路由)两个核心数据处理单元构成。数据采集中继器内置Digi ZigBee协调器，用于接收附近多个相同网络识别码A11+GRM协议变送器数据，由内部总线传递到数据中继路由模块，数据采集中继路由核心处理器可实时读取电参、压力、温度和其它远程仪表数据，经压缩处理后，通过ZigBee无线网桥链路，实施无线远程传输到网关设备。

数据采集中继器是实时路由转发设备，可链接多个数据采集设备或中继器，当接收到无线采集终端发送的数据时,即刻转发到无线网桥链路直至数据网关。

数据采集中继器可实时双向通信，当接收到数据网关下传指令时，即刻转发给控制单元处理完成相应的控制操作。

数据采集中继器由多插座底板和不同功能模块插件威廉希尔官方网站 板组成，可根据需要选配不同的功能模块插件。数据采集中继器具备24VDC转5VDC和太阳能加锂电池组两种工作电源，可根据现场实际情况选用不同的工作电源。

二、安装实施方案与技术需求

数据采集中继器其主体威廉希尔官方网站 板需加隔离外壳，安装在抽油井配电箱的弱电箱内衬板上，由24VDC转5VDC电源供电(没有供电的注汽井采用自备太阳能加锂电池组电源供电)。

数据采集中继器兼容采集器控制终端全部功能。其电参模块通过485线缆与数据采集中继器主体相连接，电参模块安装在配电箱的弱电箱内衬板上，电参模块控制端口和信号采集端口通过导线连接到相应的触点上，双吸盘天线引出放在配电箱体上方。

如下图所示：

三、坑洼土丘地貌采集网络建设

克拉玛依油田重油作业区地形复杂，丘陵与坑洼盆地相间，油井分布地域大且地貌多样化。采油作业区只有部分的管理站实现了光纤网络通信，有些区域(井位)还不具备4G通信条件，采用无线方式直传到中心站或4G设备的星状网络结构，存在大量的通信盲区和网络死角。采用ZigBee网桥与树状采集传输网络，是目前实现规避土丘坑洼遮挡障碍，最简单有效和综合造价低廉的最佳模式。

选择合理的路由采集器地址对于网络覆盖的影响非常大，为了适应任意选址的需要，路由采集器必须具备自带不间断工作电源和不断电更换电池(约4年一次)功能。采油作业区路由器一般建立在相对位置较高处，以扩大覆盖面积减少投资。因为ZigBee 信号的波形的特性决定，位置过高也会适得其反，为保证最佳覆盖面，除了能够选择合适的地址外，还要具备根据不同的地形选址的经验及技术措施。

数据采集传输网络示意图：

四、系统设备性能及技术指标

1. 数据采集中继器传输采用无线2.4G开放频段，数据采集中继器直传距离500米(空旷地段无转发1km)，通过ZigBee网桥覆盖区域直径2000米，通过路由可实现无盲点通信;

2. 数据采集中继器可接入标准模拟量输出仪表;2路开关量采集接入抽油机启/停状态和手动/自动状态;2路继电器输出接控制抽油机启/停触点;DC24V工作电源;RS485接口通信，标准通信协议MODBUS-RTU;

3. 数据采集中继器无休眠运行工作，能够自动复位联网(采集器具备自动复位连网功能，当终端与采集网络失联时，采集终端系统软件自动复位连网，直至连接成功)。

4. 系统设备能够适应新疆油田恶劣环境与气候条件下使用(气温-40℃～75℃，戈壁滩风力可达14级);

5. 系统数据网关可配置划分油井管理区域范围，能够自动检测和标识管理区域内设备运行状态及故障，能够配置网络接口(网关、掩码、油田私网IP和外网IP),适应Modebus TCP通信协议与后台组态管理系统对接;

6. 系统网络通信设备支持互联网协议第六版(IPV6);

7. 系统运行稳定可靠适应恶劣环境及高寒高温气候条件下运行，平均数据上线率98%以上(人为造成的故障除外);

8. 系统井口采集器为本质安全防爆设计、隔爆多重防护，具备不低于EXibⅡC4Gb 防爆等级证。

从以上可以看出：

1.数据采集器设备主要用于中继扩展A11+GRM协议设备DIGI ZigBee通信传输距离达500米以上，实时采集A11+GRM协议设备数据和转发，能够自动链接多个中继建立通信链路，可多级扩展无线传输距离和规避土丘坑洼遮挡障碍，通过ZigBee无线网桥(中继链路)实现采油区无盲点通信监控，保障油田无敷设公网通信设施区域的双向通信和稳定的数据上线率。

2.数据采集器产品用于新疆油田抽油机(井)工况参数采集与无线远程传输及实时监控网络系统建设。

3.数据采集器产品能够适应新疆油田恶劣环境与气候条件下使用，其技术指标能够满足不同作业区(稀油、稠油热采)生产上的实际需求。

4.数据采集器产品，主要看重Digi ZigBee模块的功能和特点是：1)低功耗;2)满足传输距离;3)组网功能;4)简单易用，稳定可靠，性价比高。

审核编辑：汤梓红