油气生产物联网基础(LXJ)

油气生产物联网通信公司2019年3月目录基础知识和术语油气生产物联网系统应用油气生产物联网逻辑结构油气生产物联网感知层油气生产物联网应用层油气生产物联网涵盖内容油气生产物联网网络层油气生产物联网功能油气生产物联网发展过程油气生产物联网—基础知识和术语•油气生产物联网系统theinternetofthingsfortheproductionofoilandgas油气生产物联网系统是利用物联网技术，实现油气田单井、计量间、集输站、联合站、处理厂生产数据、设备状态信息在采油采气厂生产指挥中心及生产控制中心集中管理和控制的系统。•数据采集与监控子系统dataacquisitionandcontrolsystem采用传感和控制技术建设的油气田地面生产各环节生产运行参数自动采集、生产环境自动监测、物联网设备状态自动监测的系统。1.基础知识和术语•数据传输子系统datatransmissionsystem采用无线和有线相结合的组网方式，为数据采集和监控子系统和生产管理子系统提供安全可靠的网络传输系统。•生产管理子系统productionmonitoringandmanagementsystem采用数据处理和数据分析技术构建的涵盖生产数据实时监测、生产分析、安全预警、运行调度、数据管理等功能的信息管理系统。•ZigBeeZigBee是基于IEEEStd802.15.4标准的低功耗短距离个域网协议。油气生产物联网—基础知识和术语•工业无线网络WIA技术wirelessnetworksforindustrialautomationWIA是基于IEEEStd802.15.4标准的用于工业过程测量、监视与控制的无线网络系统，实现了一个覆盖工厂范围的智能无线网络，无需基站、自动组网、自动维护。采用网状网络、自适应跳频、多路径传输、高精度时间同步等方法，实现了工业现场环境下高可靠、高实时、高节能通信。•A11-GRM通信协议A11-GRMcommunicationprotocol中国石油油气生产物联网系统无线仪表通信协议，G（Gateway）代表网关，R（RTU）代表进程终端单元，M（Meter）代表仪表。油气生产物联网—基础知识和术语•McWiLL(Multi-CarrierWirelessInformationLocalLoop，多载波无线信息本地环路)是移动宽带无线接入(BWA)系统，也是SCDMA综合无线接入技术的宽带演进版。McWiLL与Wi-Fi和CDMA1XDO的兼容效果都很好，基本符合了标准化组织的要求。•CDMA：CDMA（码分多址）是指用于二代和三代无线通信中任何一种协议。CDMA是一种多路方式，多路信号只占用一条信道，极大提高带宽使用率RFID：射频识别(RFID)是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签从识别器得到能量，不需要电池;也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波。油气生产物联网—基础知识和术语从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是使用专用的扫描读写器采用光信号将附着于目标物的条形码信息扫描到系统中;而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。从结构上讲RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，一个询问器(平台)和很多应答器。标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。油气生产物联网—基础知识和术语•WiFi：Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。•3G：第三代移动通信技术（英语：3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等）。3G的代表特征是提供高速数据业务，速率一般在几百kbps以上。4G：4G是第四代通讯技术的简称，G是generation（一代）的简称。4G系统能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。油气生产物联网—基础知识和术语•GPRS：通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService)的简称，GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。油气生产物联网—基础知识和术语其工作原理是，在DTU处设置远端服务器的IP地址和监听端口号，通过这两个参数，DTU就可以与远端服务器建立连接，实现数据通信。DTU作为服务器模式使用时，DTU将一直处于监听等待状态，监听由远程客户端发起的连接。远程客户端要建立通讯必须知道服务器设备的IP地址和监听端口号。DTU作为客户端模式使用时，DTU设备先要与服务端建立连接。通过串口与DTU相连的设备首先向串口发送数据，DTU(处于透传模式)接收并缓存这些数据；如果DTU没有与远程服务器建立连接，则DTU首先要建立这个连接。连接被建立，数据就可以在客户端与服务端之间双向传输。油气生产物联网—基础知识和术语•无线示功仪传感器太阳能充电板天线通讯电源线连接板保险销马蹄形传感器载荷受力点油气生产物联网—基础知识和术语油气生产物联网—基础知识和术语无线示功仪挂载到抽油机悬绳器上，进行实时数据采集;功图数据通过示功仪自带的DTU模块发送到监控中心,还可以通过现场Zigbee等无线系统发送到RTU采集终端，实时了解油井的运行信息。工作原理：示功仪定期采集抽油井悬绳器上下运动时的加速度和载荷数据，加速度通过软件积分算法得出相应的位移，位移和载荷数据经过处理打包成功图数据存储到flash中。自带的DTU模块在工作期间与远程服务器建立连接，服务器从定时上传上来的示功仪心跳包识别油井，然后通过通讯连接通道发送指令读取功图数据和进行其它操作。油气生产物联网—基础知识和术语RTURTU是REMOTETERMINALUNIT的简称，中文名称为远程测控终端，用于监视、控制与数据采集的应用。具有遥测、遥信、遥调、遥控功能。既能远程监测、亦可远程控制，是集数据采集、控制、传输功能于一体，采用低功耗设计，适用于工业及太阳能供电的野外现场。DTUDTU(DataTransferunit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。油气生产物联网—基础知识和术语压力变送器一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20mADC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。压力变送器是一种接受压力变量,经传感转换后,将压力变化量按一定比例转换为标准输出信号的仪表。变送器的输出信号传输到中控室进行压力指示、记录或控制。我国国标的精度就为0.5%.高精度压力变送器（0.1%或0.2%或0.075%）。油气生产物联网—基础知识和术语温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号输出。精度等级:≤0.5%.F.S（fullscale)输入信号：热电偶：K、E、J、B、S、T、N。热电阻：Pt100、Cu50、Cu100（三线制、四线制）。智能型温度变送器的输入信号可通过手持器和PC机任意设置；输出信号：在量程范围内输出4－20mA直流信号，与热电偶或热电阻的输入信号成线性或与温度成线性。智能型温度变送器输出4－20mA直流信号同时叠加符合HART标准协议通信；隔离式温度变送器：输入与输出相隔离，隔离电压500V，增加了抗共模干扰能力，更适合与计算机连网使用；。油气生产物联网—基础知识和术语•基本误差：0.5%FS、0.2%FS、智能型0.2%FS；•接线方式：二线制、三线制、四线制；•显示方式：四位LCD显示现场温度，智能型四位LCD可通过PC机或手持器设定使之显示现场温度、传感器值、输出电流和百分比例中的任一种参数；•工作电压：普通型号12V-35V，智能型12V-45V，额定工作电压为24V•允许负载电阻：500Ω（24VDC供电）；极限负载电阻R（max）=50（Vmin-12）,例如在额定工作电压24V时，负载电阻可在0-600Ω范围内选择使用。•工作环境：a:环境温度-25-+80℃（常规型）-25-+70℃（数显型）-25-+75℃（智能型）b:相对湿度：5%-95%c:机械振动f≤50Hz,振幅≤0.15mmd:无腐蚀气体或类似的环境；环境影响系数：δ≤0.05%/℃。油气生产物联网—基础知识和术语•热电阻：热电阻(thermalresistor)是中低温区最常用的一种温度检测器。它主要特点是测量精度高，性能稳定，热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，目前应用最多的是铂和铜。与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特点，因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下近似关系式表示：Rt=Rt0[1+α(t+t0)]式中，Rt为温度为t时的阻值；Rt0为温度为t0（通常t0==0℃）时对应的电阻值；α为温度系数。热电阻油气生产物联网—基础知识和术语半导体热敏电阻的阻值和温度关系为：Rt=AeB/t式中Rt为温度t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。热电阻的接线方式有三种，分别是两线制、三线制、四线制。PT100本来是2线的,测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，所以工业上一般都采用三线制接法，这种接线方式可以取得较高的精度。油气生产物联网—基础知识和术语三线制增加一根导线用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差，三线制要求三根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同，使三根导线的电阻值相同，即RL1=RL2=RL3。通过导线LI、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V1、V2、V3。导线L3接入高输入阻值电路，IL3=0.由此可得三线制接法可补偿连接导线的电阻引起的测量误差。油气生产物联网—基础知识和术语•热电阻：当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。它实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。测量温度在-50~+1