基于嵌入式PC與GPRS的SCADA在油田中的應(yīng)用

　　由于現(xiàn)場大多數(shù)被測量參數(shù)都是定時采集，故GPRS模塊不必一直發(fā)送數(shù)據(jù)，而是每隔一段時間發(fā)送一次數(shù)據(jù)，同時，現(xiàn)場部分在檢測到的數(shù)據(jù)變化幅度異常時，可立即發(fā)送數(shù)據(jù)，并報警。

　　5.2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集儀器必須與上位機有一定的通訊功能，才能使現(xiàn)場各種傳感器輸出的信號，準(zhǔn)確地經(jīng)無線傳輸發(fā)送給遠方的監(jiān)控計算機，進行分析、處理及存儲。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，經(jīng)過多方面的比較，決定使用嵌入式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集器采用ADAM-5510嵌入式PC和遠程模塊ADAM-5000系列模塊。ADAM-5000系列功能強大，可擴展，易整合，并且在通用工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，它可以和PC主機進行通信;本身帶有獨立運行內(nèi)核的獨立控制器;支持多種軟件，可使用它建立滿足不同要求的SCADA系統(tǒng)。

　　ADAM-5510是PC-based可編程控制器，在一個5510的基座上有4個插槽，用戶可以根據(jù)需要選用不同的5000系列模塊。因此，一個ADAM-5510主單元和I/O模塊的配合可以同時測量多種數(shù)據(jù)。

　　ADAM-5510內(nèi)置基于x86-CPU的 ROM-DOS，16位微處理器，256KB Flash，256KB SRAM，內(nèi)建ROM-DOS，支持COM端口，2個RS-232，1個RS-485;它是在C語言環(huán)境中開發(fā)的，帶有自身的C語言庫函數(shù)，在程序中可以直接調(diào)用這些函數(shù)，編譯，鏈接生成可執(zhí)行文件。最后一起下載到ADAM-5510的Flash ROM中。

　　基于ADAM-5510的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠在惡劣環(huán)境下可靠工作，是一種智能化的現(xiàn)場信息采集單元，特別適合于采樣及控制點分散，與主機距離較遠的數(shù)據(jù)采集及控制場合。ADAM-5510基座的插槽數(shù)，相應(yīng)模塊的通道數(shù)都較好的適應(yīng)和滿足了本系統(tǒng)，在本系統(tǒng)中所反應(yīng)出來的性價比較高。

　　對于現(xiàn)場站點采用的是3片8路模擬量輸入模塊ADAM-5017H采集模擬量信號，一片4路模擬量輸出模塊ADAM-5024作為數(shù)據(jù)輸出模塊。

　　現(xiàn)場使用傳感器測量的信號有溫度、壓力、流量、油罐的液位和儲油量、電壓、電流等，信號的傳輸類型有傳統(tǒng)的4-20mA，此外還有基于現(xiàn)場總線的傳感器，本系統(tǒng)使用了一些HART協(xié)議的傳感器。如圖2所示，4-20mA接到ADAM-5017H，8個HART信號并聯(lián)在一條線纜上，通過HART Modem接到ADAM-5510的一個串口上。這種連接方法使全部傳感器僅使用一個GPRS模塊，可大大節(jié)省成本。

圖2 現(xiàn)場模塊連接圖

　　除傳感器外的所有設(shè)備（包括ADAM-5510、HART Modem和GPRS模塊）均置于一個IP66工業(yè)級密封箱內(nèi)，并安裝在現(xiàn)場。

　　5.3 GPRS傳輸

　　針對通訊成本和易用性，本系統(tǒng)采用H7112 GPRS DTU作為通訊模塊。它是一種嵌入式設(shè)備，具有TTL、RS-232/442/485、以太網(wǎng)等多種接口方式,并有耳機和麥克風(fēng)接口，軟件部分內(nèi)置了TCP/IP等通訊協(xié)議。在數(shù)據(jù)監(jiān)控中心一端以配置專門的模塊統(tǒng)一收發(fā)數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的透明傳輸，現(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集/發(fā)送到相應(yīng)的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)傳送是完全透明的，不需要后臺計算機支持，沒有對數(shù)據(jù)添加任何多余的協(xié)議，也不會對數(shù)據(jù)的排列作修改。GPRS DTU數(shù)據(jù)傳送的方向是指定的數(shù)據(jù)中心地址（IP地址）。并且H7100 GPRS DTU具有自動撥號和在線狀況自動檢測的功能。

　　5.4 數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

　　數(shù)據(jù)監(jiān)控中心有多種接入方式，可結(jié)合GPRS的特點和應(yīng)用領(lǐng)域的具體要求進行組網(wǎng)。組網(wǎng)形式由業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量、時延、可靠性要求、數(shù)據(jù)保密性、網(wǎng)絡(luò)狀況決定。其中專線接入適合電力、金融、證券、工業(yè)監(jiān)控等行業(yè)。企業(yè)通過專線接入中國移動的路由器，移動為用戶提供公有或私有IP地址。在傳輸數(shù)據(jù)的過程中使用專線接入中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)，GPRS DTU向數(shù)據(jù)中心實時發(fā)送數(shù)據(jù)，傳送完全透明，不需要后臺計算機支持，沒有對數(shù)據(jù)添加任何多余的協(xié)議，也不會對數(shù)據(jù)的排列作修改。數(shù)據(jù)中心使用H6210 Modem作為中心接入的硬件設(shè)備。H6210 Modem綁定中國移動提供的SIM卡固定數(shù)據(jù)中心地址（IP地址）。GPRS DTU向這個IP地址發(fā)送數(shù)據(jù)。監(jiān)測中心的查詢命令或控制命令也可以通過互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)發(fā)送到GPRS模塊匯總，再由GPRS模塊傳送給各個儀表，對它們進行操作。數(shù)據(jù)監(jiān)控中心主要是工藝流程及數(shù)據(jù)的實時顯示，本系統(tǒng)中采用Kingview 6.5組態(tài)軟件，對傳送到監(jiān)控中心的信號進行監(jiān)控管理。

6 小結(jié)

　　基于嵌入式PC模塊與GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的有線或點對點無線遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，具有成本低、可靠性高、不受惡劣氣候影響等優(yōu)點。該系統(tǒng)適用于油田、礦山等大型企業(yè)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控與管理，因此，其具有實際應(yīng)用價值。