1,、行業(yè)背景
  1.1、現(xiàn)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(qū)偏遠采油廠一般由多口油井、計量站,、管匯閥組,，轉油站，聯(lián)合站,、原油外輸系統(tǒng),、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(tài)及采出油品的數(shù)據(jù)（主要有溫度,、壓力,、流量等）直接關系到油田生產的穩(wěn)定及原油質量。如果對每一個采集點都采用GPRS/CDMA+RTU的數(shù)據(jù)采集方案不僅成本高而且由于邊遠地區(qū)移動信號盲點多且一般軟件將GPRS網(wǎng)絡綁定虛擬串口的查詢訪問方式造成數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的隱患,，數(shù)據(jù)不能及時準確地送到監(jiān)控中心,，影響油井的動態(tài)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(shù)據(jù)及時,、有效的傳送到監(jiān)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(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl6.1相結合通過其功能組件CommBridge進行數(shù)據(jù)采集非常合適,。
 2、系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

   整個監(jiān)控網(wǎng)絡可以分為三個層次
   1） 基于Zigbee無線傳感器匯節(jié)點數(shù)據(jù)的完整無線網(wǎng)絡設計,，網(wǎng)絡采用星型或MESH網(wǎng)狀網(wǎng)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(jié)點的功耗，減少了傳感器節(jié)點向匯節(jié)點上報數(shù)據(jù)時相互碰撞的概率,。
   2） 利用GPRS網(wǎng)絡傳輸匯節(jié)點的數(shù)據(jù),，改變了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡需要依托有線公共網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗疲咕W(wǎng)絡具有非常顯著的優(yōu)點,。
   3） 上位監(jiān)控組態(tài)軟件力控ForceControl6.1,。力控數(shù)據(jù)服務器只需要利用ADSL或者靜態(tài)IP就對多個遠程設備進行通訊，數(shù)據(jù)為并發(fā)處理,、完全透明的解決方案,，從而消除了一般軟件將GPRS網(wǎng)絡綁定虛擬串口的查詢訪問方式造成數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)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(yè)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(lián)網(wǎng)應用,。
國際上，IEEE802.15.4工作組及Zigbee聯(lián)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(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有標準,，以便于今后不同廠商設備的互聯(lián)互通,； Zigbee聯(lián)盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于2002年成立的Zigbee聯(lián)盟如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司,、無線設備公司的加入,。目前，F(xiàn)reescale,、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟的Zigbee開發(fā)平臺,。
   Zigbee標準基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡類型,，即星型結構,、網(wǎng)狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結構,，具有很強的網(wǎng)絡健壯性和系統(tǒng)可靠性,。
   3.2、Zigbee技術特點
   1)設備省電
   Zigbee技術采用了多種節(jié)電的工作模式,，可以確保兩節(jié)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(yè)務預留了專用時隙,，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突；MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制,，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息,；
    3)網(wǎng)絡的自組織、自愈能力強
    Zigbee的自組織功能：無需人工干預,，網(wǎng)絡節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在,，并確定連接關系，組成結構化的網(wǎng)絡,；
    Zigbee自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點,，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等,，網(wǎng)絡都能夠自我修復,，并對網(wǎng)絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預,，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作,。
   4)成本低廉
   設備的復雜程度低，且Zigbee協(xié)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(zhí)照頻段的2.4GHz,，就是沒有使用費的無線通信,。
網(wǎng)絡容量大一個Zigbee網(wǎng)絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內可以同時存在200多個Zigbee網(wǎng)絡,。
   5)數(shù)據(jù)安全 
    Zigbee提供了數(shù)據(jù)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(jiān)控組態(tài)軟件無線通訊特點
   4.1GPRS網(wǎng)絡優(yōu)點
    GPRS網(wǎng)絡是覆蓋范圍廣，性能較為完善的無線網(wǎng)絡，GPRS通信網(wǎng)本身具有較強的數(shù)據(jù)糾錯能力,，數(shù)據(jù)傳輸率較高可達128kbit/s能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性,。
   4.2 力控監(jiān)控組態(tài)軟件無線通訊特點
   1）力控數(shù)據(jù)服務器只需要利用ADSL或者靜態(tài)IP就對多個遠程設備進行通訊，數(shù)據(jù)為并發(fā)處理,、完全透明的解決方案,，從而消除了一般軟件將GPRS網(wǎng)絡綁定虛擬串口的查詢訪問方式造成數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)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(jié)省通訊費用,；
所有設備的驅動程序支持通過移動GPRS、CDMA網(wǎng)絡與控制設備進行通訊,；
   3）力控節(jié)點與其遠程力控節(jié)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(shù)據(jù)的方式進行數(shù)據(jù)傳輸；
   5）支持移動APN專網(wǎng)固定IP等方式進行數(shù)據(jù)傳輸,。

5,、上位監(jiān)控組態(tài)軟件力控ForceControl6.1
 5.1力控監(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl6.1簡述
　　力控Forcecontrol6.1工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件是北京三維力控科技有限公司根據(jù)當前的自動化技術的發(fā)展趨勢，總結多年的開發(fā),、實踐經(jīng)驗和大量的用戶需求而設計開發(fā)的高端自動化軟件產品,，是力控科技全體研發(fā)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(yè)信息化的有力數(shù)據(jù)處理平臺,。
 
　　

    力控Forcecontrol6.1產品在數(shù)據(jù)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(jiān)控組態(tài)軟件Forcecontrol6.1主要特點
    1）、互聯(lián)網(wǎng)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(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場的解決方案,；支持通過PDA掌上終端在Internet實時監(jiān)控現(xiàn)場的生產數(shù)據(jù),，支持通過移動GPRS、CDMA,、GSM網(wǎng)絡與控制設備或其它遠程力控節(jié)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(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)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(tǒng)進行基于XML 、OPC,、ODBC,、OLE DB等接口方式進行互連，保證生產數(shù)據(jù)實時地傳送到以上系統(tǒng)內,。
  2）,、強大的移動網(wǎng)絡
  支持通過移動GPRS、CDMA網(wǎng)絡與控制設備或其它遠程力控節(jié)點通訊,力控移動數(shù)據(jù)服務器與設備的通訊為并發(fā)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(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的隱患，有效的流量控制機制保證了遠程應用中節(jié)省通訊費用,。
  3）,、完整的網(wǎng)絡冗余及軟件容錯解決方案
　作為民族產業(yè)的大型SCADA、DCS軟件,，力控軟件支持控制設備冗余,、控制網(wǎng)絡冗余、監(jiān)控服務器（雙機）冗余,、監(jiān)控網(wǎng)絡冗余、監(jiān)控客戶端冗余等多種系統(tǒng)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(wǎng)等控制網(wǎng)絡的冗余,，支持控制硬件的軟冗余切換和硬冗余切換。
  4）,、穩(wěn)定的通訊處理
　支持通過RS232,、RS422、RS485,、電臺,、電話輪循撥號、以太網(wǎng),、移動GPRS,、CDMA、GSM網(wǎng)絡等方式和設備進行通訊,。
　支持主流的DCS,、PLC、DDC,、現(xiàn)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(fā)環(huán)境下可以診斷是否正常通訊,。
　支持不同協(xié)議的設備在一條通訊鏈路進行通訊,。
　支持在大型SCADA系統(tǒng)中的遠程通道冗余通訊。
   5）,、圖形系統(tǒng)主要特點：
　方便,、靈活的開發(fā)環(huán)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(tài)開發(fā)的工作量；
　強大的分布式報警,、事件處理,，支持報警、事件網(wǎng)絡數(shù)據(jù)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(shù)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(jiān)控組態(tài)軟件在軟件功能模塊的分布式體系結構體現(xiàn)在各個組件程序間的關系上,，圖形界面系統(tǒng)VIEW和實時數(shù)據(jù)庫DB之間是分布式的,，力控科技在圖形VIEW級率先提出了"數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)源,，而各個分布式的數(shù)據(jù)庫分別對連接自己的I/O Server進行采集數(shù)據(jù)和處理,，如輸入數(shù)據(jù)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(yōu)越性在于,，各組件任務分配更合理,，使您的系統(tǒng)實時性更好，穩(wěn)定性更高,。

   5.3監(jiān)控中心軟件的設計
     5.3.1形象逼真的實時監(jiān)控界面
    借助于力控監(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl6.1方便,、靈活的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程,、畫面模板,、大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量可以設計形象逼真的實時監(jiān)控界面。

    5.3.2強大的數(shù)據(jù)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(shù)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實時/歷史趨勢組合顯示
    自動生成各用戶的瞬時流量,、溫度、壓力,、累計流量的并行歷史曲線,，并可查詢任意用戶、任意參數(shù),、任意時段的歷史數(shù)據(jù),，歷史數(shù)據(jù)和曲線應便于轉存和打印。

 
   5.3.4方便的報警/事件管理
   實時顯示并記錄就地流量測量系統(tǒng)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(jù)級別限制對重要工藝參數(shù)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(qū)的概念，同級別,，不同安全區(qū)的數(shù)據(jù)不可以互相操作,，保證了數(shù)據(jù)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(qū),，管理所有用戶的遠程登陸信息。
  

    5.3.6實時高效的數(shù)據(jù)庫DB
    軟件內嵌分布式實時數(shù)據(jù)庫,，數(shù)據(jù)庫是整個軟件的核心,，負責將采集的實時數(shù)據(jù)進行處理、發(fā)布,；分布在網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù)庫節(jié)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(shù)據(jù)庫完成歷史數(shù)據(jù)的存儲,、歸檔，報警的檢查,，報警數(shù)據(jù)的存儲等功能,；數(shù)據(jù)庫具備強大的數(shù)據(jù)處理功能，豐富的參數(shù)類型,，內置的多種功能塊,，可實現(xiàn)累計、統(tǒng)計,、控制,、線形化、PID控制,、各種運算等功能,；數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)按區(qū)域、單元,、子單元管理,，分為6層結構，方便數(shù)據(jù)的管理,；用戶可根據(jù)實際需要自定義自己的各類數(shù)據(jù)庫結構,，方便對數(shù)據(jù)的管理和查找,。 
    5.3.7 專用的Zigbee通訊方式
   力控監(jiān)控組態(tài)軟件針對Zigbee特點，開發(fā)了Zigbee通訊服務組件,，可以方便用戶與硬件設備的組態(tài),，保證了通訊網(wǎng)絡的安全可靠和數(shù)據(jù)采集傳送的實時性準確性。

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