基于嵌入式PC与GPRS的SCADA在油田中的应用
1 引言
随着电子计算机及网络通信技术的迅猛发展，许多生产过程中的数据采集和监控系统功能也在不断增强。本文针对的某油田采油区较为分散的实际情况，探索应用相应的测控系统。由于存在着单井作业或数台甚至十台以上抽油机排列在一起，形成一个或数个井排，同时在其周围相距几百米分布着一些中转原油的储油罐和其他设备，为了提高采油效率，保障安全生产，需要采集各个抽油机、油罐、电机和油泵等的实时数据，如温度、压力、流量、油罐的液位和储油量、电压、电流等。为了使采油厂的生产管理调度部门及时掌握一线生产情况，必须将数据及时上传。但工作现场环境十分恶劣，无法昼夜值守，又无通讯线路，因此，给生产管理带来极大不便。
针对上述问题，本文讨论一种不受恶劣环境影响的、可安装在现场的基于嵌入式PC 和中国移动的GPRS网络的远程监控与数据采集系统。
2 嵌入式PC（Embedded PC）[1]
早在20世纪70年代计算机系统就出现了一个新分支――嵌入式计算机系统。为了区别原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统，其嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，也可将其定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。对象系统是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统，如本文中所涉及到的数据采集系统。
针对对象系统的环境（如地理、成本）要求，嵌入式系统是要嵌入到对象系统中去，能够满足对象要求的最小软、硬件配置及对象系统控制要求的计算机系统。它的三个基本要素即“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”。
嵌入式系统按形态可分为三种：芯片级嵌入式计算机即微控制器，俗称单片机;模板级嵌入式计算机，即以8位、16位、32位微处理器为核心的板卡或模块;系统级嵌入式计算机。本文中采用的ADAM-5510即是一款模板级的嵌入式系统。
3 GPRS技术及其特点[2]
GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于Internet连接、数据传输等应用。它采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS能将数据打包发送，允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，只有在资料需要传送时才会占用频宽，且传输时按量计价，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输，对于用户来说比较经济合理。在本研究课题中使用GPRS技术传输，实现数据分组发送和接收。能永远在线并且只按传输流量计费，较大幅度地降低服务成本。
4 监控与数据采集系统（SCADA）[3][4]
SCADA系统是以对生产过程现场的监视为主，向操作控制人员提供现场信息并由操作控制人员决定要实施的控制，最后由操作人员发出指令对现场的执行器进行操作的系统，整个系统由监控中心、若干个分散的远程测控终端RTU （Remote Terminal Unit）和通信介质三部分组成。监控中心又称主站,是SCADA系统的核心,负责控制管理整个系统的运行;RTU又称外围站点,相当于DCS中的现场控制站，是采用PLC或单片机等测控系统组成的可独立运行的智能测控模块，完成各种远端现场数据的采集与处理、现场执行机构的控制以及与远程控制中心的通信、具有易扩展性和易维护性特点。随着开放式网络结构的不断成熟和IP技术的高速发展，系统的功能正在逐步从单一向综合的方向发展，许多过去要几个不同系统才能够实现的控制和自动化功能，现在只需要一个系统即可完成。
5 系统组成及原理
5.1 系统组成
本数据采集监控系统由现场数据采集与监控部分、GPRS传输部分、外部数据网和数据监控中心四部分组成。如图1所示。
图1 系统组成示意图
在图1所示系统中，现场数据采集与监控部分将各种传感器传回的信号经过智能模块的处理，通过GPRS传输部分将数据传输到GPRS网络上，再通过外部数据网（如Internet）传输。监控中心服务器通过GPRS Modem即可接受现场的全部数据。
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