油井大多数分布于人迹罕至的郊野区域，分布分散且范围广[1]。当前主流的油井数据采集监控的是以RTU为终端节点，以光纤网络，或者GRRS、3G或4G等数据网络为传输手段[2]，以信息系统为平台的监控系统设计方案，存在光纤网络架设困难，容易受到物理破坏，利用GRRS、3G或4G等数据传输运行维护费用高和安全保密性差等问题。本文提出一种基于物联网系统的低功耗无线广域网的油井数据采集监控系统设计方案，为油井的下一代物联网体系设计开展前期探索。 一、LoRa应用于油井物联网适应性分析
低功耗广域网（简写为LPWAN）是一种低功耗的无线通信广域网络，以低数据速率远距离通讯[3]，网络覆盖范围广、终端功耗低，适合于大规模的物联网应用部署。主要包括nb-lot和LoRa两种技术解决方案，差异在于nb-lot的使用要依赖于运营商的基础网络设施，而LoRa运行于免费频段，完全自主可控、自由灵活组网、传输距离远、数据传输安全可靠，且抗干扰能力强。因此，LoRa组网方案更适合于油田高自主性要求。
二、数据采集监控系统整体架构
油水井数据采集监控系统的主要功能是把场站设备的主要参数、运行状态等信息采集后发送到信息服务
牙科涡轮机
客流统计系统方案中心，供管理人员进行生产监控、远程控制、数据分析、故障诊断与处理等作业。数据采集监控系统主要由LoRa终端、LoRa网关及服务器等构成。
LoRa终端主要完成采集参数包括电机综合参数（含电压、电流、功率因数等）、井口参数（油压、套压）、抽油机参数（冲次、冲程）等指标体系。LoRa网关主要完成无线网络数据的汇集、接收和发送工作，起到LoRa终端与信息服务器之间的桥接作用。服务器主要完成信息汇总、处理、分析、显示等工作，本文侧重于网络连通性的开发等功能。
三、系统硬件设计水控系统
为降低工作量简化系统复杂程度，数据采集监控系统中的LoRa终端和LoRa网关由同一套硬件构成，相比于分别设计的方案，仅增加了硬件接口种类和数量。
系统硬件主要由主控芯片、电源模块、RJ-45网线接口、LoRa模块、RS485接口及其他辅助外围芯片等组成。
四、数据采集终端软件设计
LoRa终端软件主要完成传感器信息的采集与数据收发工作。为提升数据传输的实时性，数据的采集和发送在定时器中断的驱动下进行，在完成数据采集后执行数据射频发送工作，将延时降到最低。
LoRa网关是LoRa网络的收发核心，主要完成网络的建立和支撑，具体是接收各LoRa终端发来的传感器数据，通过以太网将其上传到服务器，接收服务器下发的指令信息并分发到相关LoRa终端。
五、测试与分析
覆盖膜（一）服务器桌面软件设计。服务器桌面采用Python语言开发，UI开发环境为PyQt，为验证LoRa通信的连通性及可靠性，本服务器桌面程序重点测试LoRa通信能力。为方便测试又不对油井生产造成影响，本次测试数据均来源于模拟器。试验中，LoRa网络由两个LoRa终端节点组成，网络带宽设定为430MHz，扩频因子为7，编码速率为9600，LoRa终端每2秒上传一组数据。试验显示，该软件能够正确接收各个LoRa终端发送的传感器数据，说明设计具有合理性。
（二）LoRa通信距离测试。在油田户外空旷环境下对数据采集监控系统进行测试，每次测试发送数据为2000帧，结果显示：LoRa通信丢包率与距离呈正比，距离越长其丢包率越高。当距离≦2400m时，丢包率处于可接受的90%通信可靠性范围内；当距离再增大时，数据丢包率急剧上升，通信变得很不可靠。试验中还发现，路径中的建筑物也会对通信造成一定影响，特别是体量较大的高层建筑物，对LoRa网络通信的影响不可忽略。
六、结语
本文以油井的下一代物联网体系设计为背景，探讨了基于LoRa无线通信物联网的油井数据采集监控系统，提出了数据采集监控系统的总体架构以及软硬件设计方案，证明了该设计的正确性和网络通信的可靠性。H
参考文献
[1]曾韬. 物联网在数字油田的应用[J]. 电信科学,2010(4):25—32．
[2] 刘琛，稍震，夏莹莹.低功耗广域LoRa 技术分析与应用建议[J].电信技术,2016,50(5):43-46.
[3]任桂山，赵智，方睿, 等. 物联网技术在大港油田的研究和应用[M]. 中国石油和化工自动化第十届年会论文集,2011,8-12.
ktkp-073（作者单位：中国石油大港油田公司信息中心）
基于低功耗无线广域网的油井数据采集监控系统设计
崔静莲摘要：为探索油井的下一代物联网体系设计方案，论文以LoRa低功耗广域网为基础，以油井自动
化运行为目标，设计了基于物联网的油井数据采集监控系统体系架构。结果表明，基于LoRa通信技术
的监控系统具有传输距离远、通信可靠性高等突出优点，前景广阔。
关键词：数字油田；物联网；LoRa通信
苦茶粉
◆
信息系统工程 │ 2019.9.2037
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议