第一部分 前言

在石油的開采、儲運等生產(chǎn)過程中，尤其是成品油儲運過程的動態(tài)監(jiān)測是生產(chǎn)管理的重要工作內(nèi)容，也是保證油田正常、安全、經(jīng)濟運行的重要手段，在西方發(fā)達(dá)國家自動化數(shù)據(jù)采集與控制（SCADA）已經(jīng)成為生產(chǎn)的配套設(shè)施。

隨著人類科技水平的提高，以及高科技技術(shù)的運用。使得對輸油管道的實時動態(tài)監(jiān)控成為可能。動態(tài)監(jiān)測的主要內(nèi)容包括管道及油井的泄漏監(jiān)測、壓力超高保護、溫度異常、含水超標(biāo)等。油田被稱為“沒有圍墻的工廠”，油井、集輸站、聯(lián)合站星羅棋布，偏遠(yuǎn)分散，而石油的整個生產(chǎn)流程又通過管道連接起來，成為一個壓力系統(tǒng)，可謂牽一發(fā)而動全身，特別是管道及油井的泄漏事故時有發(fā)生，給油田單位造成巨大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。因此，實現(xiàn)油田生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測，對于及時發(fā)現(xiàn)泄漏等故障、優(yōu)化生產(chǎn)運行參數(shù)、減少盜油犯罪案件的發(fā)生、提高油田的現(xiàn)代化管理水平等具有重要的意義。

第二部分 GPRS網(wǎng)絡(luò)簡介

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（GeneralPacketRadioService）的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的，是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)。這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似，因此現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)（BSS）從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有“系統(tǒng)實時在線”、“按流量計費”、“方便快捷登錄”、“數(shù)據(jù)高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點。

第三部分 系統(tǒng)組成

GPRS無線網(wǎng)絡(luò)油田管道監(jiān)控系統(tǒng)是國內(nèi)先進的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，利用計算機技術(shù)、移動通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及測試技術(shù)建立的軟硬件相結(jié)合平臺。該系統(tǒng)運用數(shù)字移動通信技術(shù)，改變了原有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下的模擬信號傳輸結(jié)構(gòu)并導(dǎo)入移動通信技術(shù)，在主機與分機之間實現(xiàn)無線通訊。具備對油田管道數(shù)據(jù)實施動態(tài)檢測，泄漏監(jiān)測、壓力超高保護、溫度異常、含水超標(biāo)報警、遠(yuǎn)程信息傳輸?shù)裙δ埽瑫r開展對采集數(shù)據(jù)進行綜合分析等擴充功能的開發(fā)與研究。為科學(xué)管理設(shè)施提供了依據(jù)，提高了設(shè)備的科學(xué)利用率，實現(xiàn)了節(jié)能降耗指標(biāo)。

針對管道及油井的泄漏監(jiān)測、壓力超高保護、溫度異常、含水超標(biāo)等動態(tài)監(jiān)控。以及油井、集輸站、聯(lián)合站星羅棋布，偏遠(yuǎn)分散，而石油的整個生產(chǎn)流程又通過管道連接起來，成為一個壓力系統(tǒng)，可謂牽一發(fā)而動全身的特點，我們設(shè)計了用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)對油田管道現(xiàn)場參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程傳輸方案，真正實現(xiàn)了油田數(shù)據(jù)的多點、遠(yuǎn)程、實時、同步的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸，方便、快捷、經(jīng)濟、可靠、安全的進行油田管道的分布式集中測控。

（一）系統(tǒng)說明

整個遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如上圖所示由三部分組成：現(xiàn)場采集控制部分、GPRS 數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控室數(shù)據(jù)中心。通過控制模塊完成與 GPRS DTU 的數(shù)據(jù)交互。PLC（采集設(shè)備） 定時將數(shù)據(jù)發(fā)送給 GPRS DTU，同時 PLC 實時接收 GPRS DTU 發(fā)來的數(shù)據(jù)完成相應(yīng)控制功能。GPRS DTU 在收到 PLC 發(fā)來的數(shù)據(jù)會立即轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心。

（1） 每個站點里PLC 將各信息參數(shù)實時采集后通過 RS-485 串口通信模塊將數(shù)據(jù)送往 GPRS DTU 通信模塊；同時，還可通過該通信模塊接收監(jiān)控中心的指令。

（2） GPRS 數(shù)據(jù)傳輸部分在對 GPRS DTU 通信模塊進行配置時預(yù)先輸入數(shù)據(jù)中心的固定 IP 地址GPRS DTU 通信模塊收到 PLC 發(fā)來的數(shù)據(jù)后，把這些數(shù)據(jù)送到前面設(shè)置的 IP 地址網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，通過端口映射轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。GPRS DTU 發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為：數(shù)據(jù)送到中國移動GPRS 網(wǎng)絡(luò)中，然后再經(jīng)過 Internet，最后在數(shù)據(jù)中心通過 ADSL 進行接收。

（3） 監(jiān)控室數(shù)據(jù)中心由 ADSL MODEM、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、防火墻、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、工作站。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過 ADSL Modem 接收來自每個站點的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、歷史趨勢分析、報表打印等。

（二）系統(tǒng)主要功能

• 遠(yuǎn)程自動監(jiān)測功能：能根據(jù)用戶的要求，對油田站點的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集、統(tǒng)計、分析、并自動生成各種報表和圖表，建立和存儲每個油田站點的歷史檔案；

• 故障告警和提示功能：能監(jiān)測現(xiàn)場情況，并上報管理中心，通知管理人員前去處理；

• 遙測功能：能在數(shù)據(jù)管理中心對轄區(qū)內(nèi)各油田站點的泄漏監(jiān)測、壓力超高保護、溫度異常、含水超標(biāo)、防盜等進行測量；

• 遙控功能：通過I/O控制，能對現(xiàn)場設(shè)備進行操作控制，例如啟動機泵、卸壓處理及安全保護裝置，報警、切斷電源等；

第四部分 TD-8600型RS485/422轉(zhuǎn)GPRS無線數(shù)傳 DTU 產(chǎn)品特點

TD-8700S型RS485轉(zhuǎn)GPRS轉(zhuǎn)換器，無線數(shù)傳終端GPRS DTU為各種帶有RS-232、RS-485標(biāo)準(zhǔn)通信接口的傳感器、智能設(shè)備和工業(yè)控制設(shè)備提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道。用戶不用知道復(fù)雜的GPRS通訊原理和TCP/IP協(xié)議，不用更改原有程序，就可以讓工業(yè)用的RS232/485串口設(shè)備的串口通信立即轉(zhuǎn)換為GSM/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信。變傳統(tǒng)串口通訊為GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通訊。TD-8700S內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧透明傳輸數(shù)據(jù)，它不對設(shè)備上傳和下發(fā)的數(shù)據(jù)包進行解釋與處理，僅對用戶數(shù)據(jù)包實施TCP/UDP數(shù)據(jù)封包與拆包處理，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)墓δ?。廣泛用于長距離無線通信或遠(yuǎn)程控制。

>>產(chǎn)品特性：

1. 使用方便、靈活、可靠 、配置維護接口
2. 符合GSM/GPRS通訊標(biāo)準(zhǔn)，支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)
3. 數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線 ，透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換
4. 支持點對點、點對多點、多點對中心等數(shù)據(jù)傳輸短消息數(shù)據(jù)備用通道
5. 一個RS232串口，支持RS-232/485， 內(nèi)置GPRS模塊
6. 抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求
7. 路由與虛擬地址轉(zhuǎn)換服務(wù)（NAT） 無線、實時、大數(shù)據(jù)量通信
8. 控制端不需要多用戶卡、Modem之類的設(shè)備，只需要控制端上網(wǎng)
9. 低端串口設(shè)備快速無線聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)量通信
10.通信效果取決于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)
11.數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸速度快，數(shù)據(jù)量大的優(yōu)點。單程<1秒,速度可 達(dá)40 kbit/s
12.通過超級終端類似于AT指令方式設(shè)置程序，靈活設(shè)置通信參數(shù)
13.支持靜態(tài)IP，域名，SMS找IP等多種主機發(fā)現(xiàn)方式

>>技術(shù)參數(shù)：

◆ TCP/IP協(xié)議棧支持：TCP、UDP、FTP、SOCKET、TELNET、POP3、SMTP、HTTP
◆ 天線接口：50Ω/SMA 陰頭
◆ 數(shù)據(jù)傳輸方式：全透明數(shù)據(jù)傳輸
◆ 支持參數(shù)設(shè)置：TCP客戶、TCP服務(wù)器、UDP、設(shè)備透明傳輸?shù)饶Ｊ?br /> ◆ UIM卡：3V
◆ 串行數(shù)據(jù)接口：RS-232或RS-485
◆ 串行數(shù)據(jù)接口速率：300到115,200 bits/s
◆ 功能模式：掉線自動重新?lián)芴柟δ?省電模式
◆ 設(shè)備功耗：待發(fā)射狀態(tài)約120mA；發(fā)射狀態(tài)約300mA，范圍200mA ～480mA
◆ 工作溫度：-10～+50℃
◆ 儲存溫度：-20～+75℃
◆ 相對濕度：95% （無凝結(jié)）
◆ 設(shè)備供電： +5V
◆ 工作溫度：-20℃ ～ +70℃
◆ 質(zhì)量保證：三年

>>應(yīng)用領(lǐng)域：

廣泛用于樓宇自動化控制、停車場設(shè)備聯(lián)網(wǎng)控制、交通聯(lián)網(wǎng)控制、PLC控制與管理、POS機的聯(lián)網(wǎng)、LED屏幕控制、工廠、車間、礦井、銀行、油田監(jiān)控、電氣、航海通信 、其他RS-232/485設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等遙控領(lǐng)域

第五部分 系統(tǒng)方案

A. 公網(wǎng)方案

中心用一個服務(wù)器組作為中心接收，中心采用 ADSL 等 INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定 IP 或者公網(wǎng)動態(tài) IP+DNS 解析服務(wù)。此種方案先向 INTERNET 運營商申請 ADSL 等寬帶業(yè)務(wù)。

1） 中心公網(wǎng)固定IP：監(jiān)控點直接向中心固定 IP 發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。（固定 IP 費用比較貴）

2） 中心公網(wǎng)動態(tài) IP+DNS 解析服務(wù)：大部分 IP 都是動態(tài)的，而且費用相對便宜。監(jiān)控點先采用域名尋址方式連接 DNS 服務(wù)器，再由 DNS 服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài) IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定 IP 的費用，但穩(wěn)定性受制于 DNS 服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的 DNS 服務(wù)商。

B. 專網(wǎng)方案

1、根據(jù)客戶內(nèi)部網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)安全的特殊要求，決定采用中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)的專用APN形式入網(wǎng)：通過一條2M 專線由信息中心接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN?客戶可自建一套RADIUS服務(wù)器和DHCP服務(wù)器，GGSN向RADIUS服務(wù)器提供用戶主叫號碼，采用主叫號碼和用戶賬號相結(jié)合的認(rèn)證方式；用戶通過認(rèn)證后由DHCP服務(wù)器分配企業(yè)內(nèi)部的靜態(tài)IP地址。

?端到端加密：移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。

2．APN業(yè)務(wù)流程

GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為：

1）用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；

2）根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；

3）GGSN將用戶認(rèn)證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認(rèn)證；

4）Radius認(rèn)證服務(wù)器看到手機號等認(rèn)證信息，確認(rèn)是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務(wù)器請求分配用戶地址；

5）Radius認(rèn)證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認(rèn)信息；

6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺進行訪問。

第六部分 結(jié)束語

以GPRS為基礎(chǔ)的無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)有很廣泛的應(yīng)用，GPRS使互聯(lián)網(wǎng)進入無線領(lǐng)域，一直延伸到手機上。除了支持傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，GPRS也可使無線終端支持B2B、B2C的電子商務(wù)和電子支付、股票交易、銀行轉(zhuǎn)帳等應(yīng)用。GPRS同樣可以應(yīng)用于公司內(nèi)部網(wǎng)（INTRANET），基于IP的遠(yuǎn)程LAN接入，使無線終端成為LAN的延伸，幾乎所有低速率的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)都可以應(yīng)用，如對電力系統(tǒng)自動化、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象、金融、環(huán)保監(jiān)測、煤礦、油田、證券等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。