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    關鍵詞：    力控監控組態軟件        ForceControl6.1          Zigbee無線技術      油井數據采集

    1、行業背景

    1.1、現狀

    由于實際地形的原因目前我國的油井一般都很分散，分布范圍廣，地區偏遠采油廠一般由多口油井、計量站、管匯閥組，轉油站，聯合站、原油外輸系統、油罐以及油田的其它分散設施組成，整個采油廠的各種設施的工作狀態及采出油品的數據（主要有溫度、壓力、流量等）直接關系到油田生產的穩定及原油質量。如果對每一個采集點都采用GPRS/CDMA+RTU的數據采集方案不僅成本高而且由于邊遠地區移動信號盲點多且一般軟件將GPRS網絡綁定虛擬串口的查詢訪問方式造成數據傳輸不穩定的隱患，數據不能及時準確地送到監控中心，影響油井的動態分析和日常管理，不能及時有效地對油井的工作情況進行分析和管理，影響油井的正常工作，降低了工作效率，增加了不必要的成本。

    1.2、需求分析

    針對上述情況，必須采用新的技術進行便捷有效的升級改造，在保證數據及時、有效的傳送到監控調度中心的前提下，又要考慮降低升級改造的成本，針對此應用場合，采用Zigbee技術與力控監控組態軟件ForceControl6.1相結合通過其功能組件CommBridge進行數據采集非常合適。

    2、系統網絡拓撲圖

        

    整個監控網絡可以分為三個層次

    1） 基于Zigbee無線傳感器匯節點數據的完整無線網絡設計，網絡采用星型或MESH網狀網絡拓撲和需求時喚醒Zigbee模塊的通信方式，有效降低了每個Zigbee傳感器節點的功耗，減少了傳感器節點向匯節點上報數據時相互碰撞的概率。

    2） 利用GPRS網絡傳輸匯節點的數據，改變了傳統無線傳感器網絡需要依托有線公共網絡進行數據傳輸的限制，使網絡具有非常顯著的優點。

    3） 上位監控組態軟件力控ForceControl6.1。力控數據服務器只需要利用ADSL或者靜態IP就對多個遠程設備進行通訊，數據為并發處理、完全透明的解決方案，從而消除了一般軟件將GPRS網絡綁定虛擬串口的查詢訪問方式造成數據傳輸不穩定的隱患。

    3、Zigbee技術簡介

    3.1、Zigbee簡介

    Zigbee是一種無線連接技術的商業化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用。

    國際上，IEEE802.15.4工作組及Zigbee聯盟共同致力于該無線連接技術的推廣工作，其中，IEEE802.15.4工作組主要負責制定Zigbee物理層及MAC層的協議，其余協議主要參照和采用現有標準，以便于今后不同廠商設備的互聯互通； Zigbee聯盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于2002年成立的Zigbee聯盟如今已經吸引了上百家芯片公司、無線設備公司的加入。目前，Freescale、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟的Zigbee開發平臺。 

    Zigbee標準基于802.15.4協議棧而建立，具備了強大的設備聯網功能，它支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構、網狀結構（Mesh）和簇狀結構（Cluster tree），特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。

    3.2、Zigbee技術特點

    1）設備省電

    Zigbee技術采用了多種節電的工作模式，可以確保兩節五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間；

    2）通信可靠

    Zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免了發送數據時的競爭和沖突；MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息；

    3）網絡的自組織、自愈能力強

    Zigbee的自組織功能：無需人工干預，網絡節點能夠感知其他節點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡；

    Zigbee自愈功能：增加或者刪除一個節點，節點位置發生變動，節點發生故障等等，網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統仍然能正常工作。

    4）成本低廉

    設備的復雜程度低，且Zigbee協議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本；

    Zigbee的工作頻段靈活，為免執照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信。

    網絡容量大一個Zigbee網絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在200多個Zigbee網絡。

    5）數據安全 

    Zigbee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。

    4、GPRS技術和力控監控組態軟件無線通訊特點

    4.1GPRS網絡優點

    GPRS網絡是覆蓋范圍廣，性能較為完善的無線網絡，GPRS通信網本身具有較強的數據糾錯能力，數據傳輸率較高可達128kbit/s能夠保證數據傳輸的可靠性和實時性。

    4.2 力控監控組態軟件無線通訊特點

    1）力控數據服務器只需要利用ADSL或者靜態IP就對多個遠程設備進行通訊，數據為并發處理、完全透明的解決方案，從而消除了一般軟件將GPRS網絡綁定虛擬串口的查詢訪問方式造成數據傳輸不穩定的隱患；

    2）心跳維護周期可單獨設置，有效的流量控制機制保證了遠程應用中節省通訊費用；
所有設備的驅動程序支持通過移動GPRS、CDMA網絡與控制設備進行通訊；

    3）力控節點與其遠程力控節點也可以進行移動通訊；

    4）力控支持設備主動通過GPRS上傳數據的方式進行數據傳輸；

    5）支持移動APN專網固定IP等方式進行數據傳輸。

      

    5、上位監控組態軟件力控ForceControl6.1

    5.1力控監控組態軟件ForceControl6.1簡述

    力控Forcecontrol6.1工業監控組態軟件是北京三維力控科技有限公司根據當前的自動化技術的發展趨勢，總結多年的開發、實踐經驗和大量的用戶需求而設計開發的高端自動化軟件產品，是力控科技全體研發工程師集體智慧的結晶，該產品主要定位于國內高端HMI/SCADA自動化市場及應用，是企業信息化的有力數據處理平臺。

      

    力控Forcecontrol6.1產品在數據處理性能、容錯能力、界面容器、報表等方面產生了巨大飛躍，力控Forcecontrol6.1在秉承力控6.0成熟分布式應用技術的基礎上，功能更強大。

    5.2力控監控組態軟件Forcecontrol6.1主要特點

    1）、互聯網時代的驕傲

    提供在Internet/Intranet上通過IE瀏覽器以“瘦”客戶端方式來監控工業現場的解決方案；支持通過PDA掌上終端在Internet實時監控現場的生產數據，支持通過移動GPRS、CDMA、GSM網絡與控制設備或其它遠程力控節點通訊；

    面向國際化的設計，同步推出英文版和繁體版，保證對多國語言版的快速支持與服務；

    力控軟件內嵌分布式實時數據庫，數據庫具備良好的開放性和互連功能，可以與MES、SIS、PIMS等信息化系統進行基于XML 、OPC、ODBC、OLE DB等接口方式進行互連，保證生產數據實時地傳送到以上系統內。

    2）、強大的移動網絡

    支持通過移動GPRS、CDMA網絡與控制設備或其它遠程力控節點通訊,力控移動數據服務器與設備的通訊為并發處理、完全透明的解決方案，消除了一般軟件采用虛擬串口方式造成數據傳輸不穩定的隱患，有效的流量控制機制保證了遠程應用中節省通訊費用。

    3）、完整的網絡冗余及軟件容錯解決方案

    作為民族產業的大型SCADA、DCS軟件，力控軟件支持控制設備冗余、控制網絡冗余、監控服務器（雙機）冗余、監控網絡冗余、監控客戶端冗余等多種系統冗余方式。

    力控軟件支持控制設備冗余如SIEMENS公司的S7400H,GE的GE9070系列PLC的冗余模式，支持普通的232、485、以太網等控制網絡的冗余，支持控制硬件的軟冗余切換和硬冗余切換。

    4）、穩定的通訊處理

    支持通過RS232、RS422、RS485、電臺、電話輪循撥號、以太網、移動GPRS、CDMA、GSM網絡等方式和設備進行通訊。

    支持主流的DCS、PLC、DDC、現場總線、智能儀表等1000多種廠家設備的通訊。

    支持離線診斷，在開發環境下可以診斷是否正常通訊。

    支持不同協議的設備在一條通訊鏈路進行通訊。

    支持在大型SCADA系統中的遠程通道冗余通訊。

    5）、圖形系統主要特點：

    方便、靈活的開發環境，提供各種工程、畫面模板、可嵌入各種格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的圖片，方便畫面制作，大大降低了組態開發的工作量；

    強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網絡數據斷線存儲，恢復功能；

    支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏；

    強大的ActiveX控件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能，通過腳本可調用對象的方法、屬性；

    全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板，報表文件格式兼容Excel工作表文件，支持圖表顯示自動刷新，可輸出多種文件格式： Excel、TXT、PDF、HTML、CSV等。

    6）分布式的結構

    力控監控組態軟件在軟件功能模塊的分布式體系結構體現在各個組件程序間的關系上，圖形界面系統VIEW和實時數據庫DB之間是分布式的，力控科技在圖形VIEW級率先提出了"數據源"的概念，使一個圖形界面可同時連接多個不同的機器上的實時數據和數據源，而各個分布式的數據庫分別對連接自己的I/O Server進行采集數據和處理，如輸入數據的量程變換、流量累積、報警檢查，以及PID運算等，這種體系結構的優越性在于，各組件任務分配更合理，使您的系統實時性更好，穩定性更高。

    5.3監控中心軟件的設計

    5.3.1形象逼真的實時監控界面

    借助于力控監控組態軟件ForceControl6.1方便、靈活的開發環境，提供各種工程、畫面模板、大大降低了組態開發的工作量可以設計形象逼真的實時監控界面。

      

    5.3.2強大的數據報表功能

    全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板。 

      

    5.3.3強大的數據報表功能

    全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板。 

      


    5.3.4實時顯示并記錄就地流量測量系統的各種報警信息，如流量/壓力/溫度的超限、儀表工作電源不正常、不間斷電源的電池欠壓、交流市電消失、非法闖入、通訊故障等報警信息。

      

    5.3.5完備的安全保護機制

    力控提供了完備的安全保護機制，以保證生產過程的安全可靠，力控的用戶管理具備多個級別，并可根據級別限制對重要工藝參數的修改，以有效避免生產過程中的誤操作；力控提供了安全區的概念，同級別，不同安全區的數據不可以互相操作，保證了數據的分布式的管理。提供基于遠程的用戶管理，增加更多的用戶級別及安全區，管理所有用戶的遠程登陸信息。 

       

    5.3.6實時高效的數據庫DB

    軟件內嵌分布式實時數據庫，數據庫是整個軟件的核心，負責將采集的實時數據進行處理、發布；分布在網絡的實時數據庫節點可以充當為IO通訊服務器、報警服務器、歷史服務器等；實時數據庫完成歷史數據的存儲、歸檔，報警的檢查，報警數據的存儲等功能；數據庫具備強大的數據處理功能，豐富的參數類型，內置的多種功能塊，可實現累計、統計、控制、線形化、PID控制、各種運算等功能；數據庫對數據按區域、單元、子單元管理，分為6層結構，方便數據的管理；用戶可根據實際需要自定義自己的各類數據庫結構，方便對數據的管理和查找。  

    5.3.7 專用的Zigbee通訊方式

    力控監控組態軟件針對Zigbee特點，開發了Zigbee通訊服務組件，可以方便用戶與硬件設備的組態，保證了通訊網絡的安全可靠和數據采集傳送的實時性準確性。

         

    6、本方案特點

    基于力控監控軟件ForceControl的油井無線監測系統，采用Zigbee新技術的優勢結合力控組態軟件的特點將油井與監控主站之間緊密的聯系在同一個信息圈中，實現了油井監測的信息化。一方面，節省了升級改造的成本，提高了系統的安全性、穩定性和數據采集、傳送的實時性和準確性；另一方面，力控組態軟件良好的開放性和互聯功能可以與MES、SIS、PIMS等信息化系統進行基于XML、OPC、OLE  DB等借口方式互聯,使得后期新增站庫可以低成本無縫接入。