專利名稱：一種油田plc通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種油田PLC通信設(shè)備，尤其涉及一種裝配簡(jiǎn)單的油田PLC通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
在油田生產(chǎn)領(lǐng)域，由于實(shí)際工作的需要，生產(chǎn)的自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高。因?yàn)橹挥刑岣吡松a(chǎn)的自動(dòng)化程度，才能節(jié)省人工開支、提高單位產(chǎn)出，同時(shí)還能對(duì)生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)采集及處理。而要達(dá)到這些要求，相關(guān)的通信技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用便成為一個(gè)必須研究的課題。油田生產(chǎn)是一種特殊的行業(yè)，其全部生產(chǎn)設(shè)備都暴露在野外環(huán)境下，而野外環(huán)境通常是非常惡劣的。首先是溫差大，一般的晝夜溫差都可以達(dá)到30攝氏度。其次，工作的最高溫度和最低溫度特別寬，一般都必須按工業(yè)級(jí)工作溫度來(lái)要求(_40°C-80°C )。此外， 工作的電磁環(huán)境也很惡劣，極端的情況下，會(huì)直接遭到雷電的襲擊。另外，與其他設(shè)備不同， 油田的生產(chǎn)設(shè)備都地處荒遠(yuǎn)，而且都比較分散，因此，盡可能少的維護(hù)也是一項(xiàng)必須優(yōu)先考慮的要求。因此，對(duì)工作在這樣環(huán)境下的設(shè)備提出了非常嚴(yán)苛的要求。一般來(lái)講，油田生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)可供利用的條件是非常有限的，只有220V/380V AC的供電線路，沒有任何其他現(xiàn)成的通信介質(zhì)可供采用。如果要解決通信問題，可以采用無(wú)線或有線的方式。無(wú)線方式可以采用近程射頻方式如433MHz，也可以采用遠(yuǎn)程無(wú)線方式如GPRS/ CDMA等，但是這兩種方案都有其局限性。首先，無(wú)線傳輸需要解決供電問題，在野外要從輸電線路上引出電源線給通信設(shè)備單獨(dú)供電是非常不容易的事情，這樣做引入的費(fèi)用也將非?？捎^。其次，無(wú)線傳輸?shù)木嚯x問題，近程射頻方式由于受到比較多的影響因素，導(dǎo)致通信距離不能保證完全可靠，在設(shè)計(jì)上就必須保證通信的冗余，這對(duì)整個(gè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)就會(huì)引入不確定因素。費(fèi)用問題，如果采用遠(yuǎn)程無(wú)線方式，單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)就必須按月繳納一筆費(fèi)用，數(shù)目較大的數(shù)據(jù)點(diǎn)單月的固定支出將是一筆不菲的費(fèi)用，這對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，一般是不能接受的。有線方式一般可以采用CAN和485通信方式。這兩種方式有一個(gè)共同的缺點(diǎn)都需要布置專門的通信線路，如果用戶可以接受，那么鋪設(shè)線路的費(fèi)用問題可以忽略。其次， 通信線路都需要維護(hù)，維護(hù)包括意外情況出現(xiàn)時(shí)的維護(hù)和定期的維護(hù)。如果通信線路遭受了意外中斷，故障的查找也將是一個(gè)比較麻煩的事情。而且，通信線路還必須要有一定防護(hù)級(jí)別的保護(hù)，以防止線路受到意外的沖擊(主要是雷電的沖擊)。因此，在油田生產(chǎn)領(lǐng)域所采用的通信技術(shù)必須解決如下問題1.工程施工簡(jiǎn)單；2.系統(tǒng)維護(hù)方便；3.工作可靠。電力線載波(Power Line Carrier)通信是利用電力線(高壓35kV及以上電壓等級(jí)/高壓IOkv電壓等級(jí)/低壓配電線380/220V用戶線)作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。 低壓電力線并不是專門用來(lái)傳輸通信數(shù)據(jù)的。它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和物理特性都與傳統(tǒng)的通信傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、光纖等不同。它在傳輸通信信號(hào)時(shí)信道特性相當(dāng)復(fù)雜，負(fù)載多，噪聲干擾強(qiáng)，信道衰減大，信道延時(shí)，通信環(huán)境相當(dāng)惡劣。雖然電力線載波的通信信道有上述缺點(diǎn)，但是，如果采用適合的技術(shù)處理手段，那么這些問題都可以得到一定程度的解決。隨著許多國(guó)家在電力線載波方面的投入研究，目前的電力線載波通信技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟了，已經(jīng)有多個(gè)公司提供了不同型號(hào)的專門用于電力線載波通信的芯片，隨著應(yīng)用的推廣，這方面的通信技術(shù)將會(huì)被越來(lái)越多的采用。低壓電力線載波的最大優(yōu)點(diǎn)是1.不需要另外布設(shè)通信線路；2.不需要關(guān)心通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；3.幾乎為零的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種油田PLC通信設(shè)備，其將載波通信運(yùn)用于油田生產(chǎn)中。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種油田PLC通信設(shè)備，其包括PLC集中設(shè)備和PLC終端設(shè)備，所述PLC集中設(shè)備安裝在變壓器附近，其包括有三相四線接口，所述三相四線接口與三相四線電源線直接對(duì)接；所述PLC終端設(shè)備安裝于采油設(shè)備旁邊，其包括有三相四線電源線接口，所述三相四線電源線接口接入到采油設(shè)備的三相四線電源線入口的電源線上，所述PLC終端設(shè)備還包括信號(hào)線接口，所述PLC終端設(shè)備信號(hào)線接口與采油設(shè)備的相應(yīng)接口信號(hào)對(duì)接，所述 PLC終端設(shè)備采集并存儲(chǔ)油田生產(chǎn)設(shè)備的必要數(shù)據(jù)、響應(yīng)PLC集中設(shè)備的載波通信，每次 PLC通信都由所述PLC集中設(shè)備發(fā)起，所述PLC集中設(shè)備管理其所在的變壓器低壓側(cè)的PLC終端設(shè)備。所述PLC終端設(shè)備包括主控模塊、輸入輸出接口、載波通信模塊、載波通信模塊、 交流采樣模塊、電源模塊，所述載波通信模塊內(nèi)置載波通信芯片，外部接口為220VAC接口， 直接接到采油設(shè)備的電源輸入口；內(nèi)部接口為標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通信接口，通過該通信接口， 與主控模塊實(shí)現(xiàn)載波通信功能。所述PLC集中設(shè)備和所述PLC終端設(shè)備固定在金屬機(jī)箱內(nèi)。本實(shí)用新型的PLC通信設(shè)備是非常穩(wěn)定和強(qiáng)健的系統(tǒng)。其工程施工簡(jiǎn)單；系統(tǒng)維護(hù)方便；工作可靠。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
以下通過實(shí)施例來(lái)描述本實(shí)用新型，應(yīng)該指出的是，所列舉的實(shí)施例不應(yīng)理解對(duì)實(shí)用新型的限制。將載波通信運(yùn)用于油田生產(chǎn)的基本示意圖如上所示。在圖中，參與PLC通信的主要有兩種設(shè)備PLC集中設(shè)備和PLC終端設(shè)備。PLC集中設(shè)備主要負(fù)責(zé)管理它所在的變壓器低壓側(cè)的PLC終端設(shè)備。上圖中的輸電線路為比較典型的三相四線制方式，圖中標(biāo)明的’ A，，’ B，，，C，，，N，代表了三相四線中的三相電源線和中性線。PLC集中設(shè)備和終端設(shè)備本身有塑料保護(hù)外殼，能夠適應(yīng)一定的環(huán)境要求，但為了適應(yīng)惡劣的野外環(huán)境，PLC集中設(shè)備和終端設(shè)備都需要加裝另外的金屬機(jī)箱，以加強(qiáng)防曬、防塵、防水的作用。PLC集中設(shè)備安裝在變壓器附近，它有相應(yīng)的三相四線接口可與三相四線電源線直接對(duì)接。PLC集中設(shè)備主要具備的功能PLC通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)上報(bào)(通過GPRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò))、遠(yuǎn)端維護(hù)等。通過PLC集中設(shè)備，油田生產(chǎn)單位可以比較直接地了解到該設(shè)備所管理的油田生產(chǎn)設(shè)備的狀況以及這些油田生產(chǎn)設(shè)備在過去的一定時(shí)間內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過的一些事件記錄。而這些數(shù)據(jù)在以前要實(shí)時(shí)獲取是非常不容易實(shí)現(xiàn)的。PLC終端設(shè)備安裝于采油設(shè)備旁邊，它的三相四線電源線接口接入到采油設(shè)備的三相四線電源線入口的電源線上。PLC終端設(shè)備還有相應(yīng)的信號(hào)線接口，這些信號(hào)與采油設(shè)備的相應(yīng)接口信號(hào)對(duì)接。PLC終端設(shè)備主要具備的功能采集并存儲(chǔ)油田生產(chǎn)設(shè)備的必要數(shù)據(jù)、響應(yīng)PLC集中設(shè)備的載波通信。每次PLC通信都由PLC集中設(shè)備發(fā)起，PLC終端設(shè)備只能被動(dòng)響應(yīng)PLC通信，不能主動(dòng)發(fā)起PLC通信。PLC終端設(shè)備負(fù)責(zé)管理油田生產(chǎn)設(shè)備，它們之間有一些必要的輸入輸出信號(hào)需要連接。單一的PLC終端設(shè)備管理一臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備。這樣，通過PLC通訊技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)全部油田生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)管理，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了油田生產(chǎn)的自動(dòng)化操作要求。1. PLC終端設(shè)備的組成a)主控模塊RTU 以ARM9控制器為核心的主控模塊RTU主要實(shí)現(xiàn)油田PLC終端設(shè)備的中央處理功能。主要包括與采油設(shè)備的通信和簡(jiǎn)單控制、采集采油設(shè)備的必要數(shù)據(jù)、 采油設(shè)備必要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、響應(yīng)油田PLC集中設(shè)備的載波通信。b)輸入輸出接口 這部分電路主要對(duì)外部數(shù)字量(DI信號(hào))的輸入、模擬量(Al信號(hào))的輸入、開關(guān)量O20VAC電壓)的輸出、通信接口實(shí)現(xiàn)對(duì)各種通信信號(hào)的接入(包括 RS-485、以太網(wǎng)、RS-232)c)載波通信模塊內(nèi)置載波通信芯片，外部接口為220VAC接口，直接接到采油設(shè)備的電源輸入口。內(nèi)部接口為標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通信接口，通過該通信接口，與RTU主控模塊實(shí)現(xiàn)載波通信功能。d)交流采樣模塊內(nèi)置交流采樣芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)采油設(shè)備的電壓、電流等交流信號(hào)的采集處理，并通過CAN總線與主控模塊RTU通信，將采集到的交流信號(hào)數(shù)據(jù)上報(bào)到主控模塊 RTU。e)電源模塊電源模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)油田PLC終端設(shè)備供電。該模塊的外部接口為220VAC電源接口，內(nèi)部接口為兩路隔離的電源輸出。這兩路電源輸出分別供給主控模塊 RTU和輸入輸出接口部分電路，以滿足這兩部分電路的隔離需求。2.采油設(shè)備和油田PLC終端設(shè)備的連接[0041]采油設(shè)備與油田PLC終端設(shè)備之間的主要連接信號(hào)有模擬量信號(hào)(Al信號(hào))、數(shù)字開關(guān)量輸入信號(hào)(DI信號(hào))、數(shù)字開關(guān)量輸出信號(hào)(DO信號(hào))、串行通信口(RS-485)。3.油田PLC終端設(shè)備與油田PLC終端設(shè)備間的通信由油田PLC終端設(shè)備和油田PLC集中設(shè)備構(gòu)成的PLC通信網(wǎng)絡(luò)為分時(shí)復(fù)用網(wǎng)絡(luò)。 在該網(wǎng)絡(luò)上，任何時(shí)候都只有一臺(tái)PLC設(shè)備能發(fā)出PLC載波通信信號(hào)，在該時(shí)刻，所有其他的通信設(shè)備都處于主動(dòng)接收狀態(tài)。無(wú)論怎樣，每一次PLC通信都由油田PLC集中設(shè)備發(fā)起， 油田PLC終端設(shè)備不具備主動(dòng)發(fā)起PLC通信的功能。在此PLC網(wǎng)絡(luò)中，可以采用單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)的通信技術(shù)，也可以采用自組網(wǎng)方式的通信技術(shù)。單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)的通信技術(shù)較為常用，在這種通信方式下，需要對(duì)每個(gè)PLC通信設(shè)備配置通信的物理地址，配置完畢，才能夠開始整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的PLC通信。此種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)軟件的算法要求不高。缺點(diǎn)是，在這種方式下，PLC通信對(duì)單點(diǎn)間的通信能力有較高要求，為了達(dá)到較強(qiáng)的單點(diǎn)間通信能力，一般采用增大PLC發(fā)射功率的方法實(shí)現(xiàn)。但是，過大的PLC發(fā)射功率會(huì)增加系統(tǒng)的成本，同時(shí)，還會(huì)引起模塊溫度的上升，對(duì)整機(jī)的使用壽命有一定的影響。在實(shí)際的工程中，可以采用增加PLC中繼的方法來(lái)加強(qiáng)PLC的單點(diǎn)通信能力。自組網(wǎng)方式的通信技術(shù)是比較新的PLC通信方式，在此方式下，不再需要對(duì)單個(gè)的PLC設(shè)備配置通信的物理地址，該設(shè)備內(nèi)置的唯一的硬件物理地址就是該設(shè)備在PLC網(wǎng)絡(luò)中的通信地址。只要全部PLC設(shè)備安裝完畢，經(jīng)過必要的組網(wǎng)時(shí)間，PLC網(wǎng)絡(luò)就可以開始正常的PLC通信了。此通信方式的優(yōu)點(diǎn)是省掉了大量的工程配置時(shí)間，提高了安裝的工作效率，同時(shí)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的任何一個(gè)設(shè)備都具備中繼的能力，對(duì)單點(diǎn)間PLC通信能力不再有很高的要求，因此可以降低整機(jī)功耗并節(jié)省成本。該通信方式的缺點(diǎn)是對(duì)組網(wǎng)算法的要求非常高，如果該算法沒有經(jīng)過大量的工程檢驗(yàn)，就會(huì)導(dǎo)致比較嚴(yán)重的后果，比如引起PLC通信網(wǎng)絡(luò)中斷甚至癱瘓。本實(shí)施例的PLC設(shè)備可以提供上述兩種通信方式下的PLC網(wǎng)絡(luò)通信方案。這兩種方案均經(jīng)過大量的工程檢驗(yàn)，被證明是非常穩(wěn)定和強(qiáng)健的系統(tǒng)。顯然，上述內(nèi)容只是為了說(shuō)明本實(shí)用新型的特點(diǎn)，而并非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型在相應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域做出的變化應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范疇。
權(quán)利要求1.一種油田PLC通信設(shè)備，其特征在于其包括PLC集中設(shè)備和PLC終端設(shè)備，所述 PLC集中設(shè)備安裝在變壓器附近，其包括有三相四線接口，所述三相四線接口與三相四線電源線直接對(duì)接；所述PLC終端設(shè)備安裝于采油設(shè)備旁邊，其包括有三相四線電源線接口，所述三相四線電源線接口接入到采油設(shè)備的三相四線電源線入口的電源線上，所述PLC終端設(shè)備還包括信號(hào)線接口，所述PLC終端設(shè)備信號(hào)線接口與采油設(shè)備的相應(yīng)接口信號(hào)對(duì)接，所述PLC終端設(shè)備采集并存儲(chǔ)油田生產(chǎn)設(shè)備的必要數(shù)據(jù)、響應(yīng)PLC集中設(shè)備的載波通信，每次PLC通信都由所述PLC集中設(shè)備發(fā)起，所述PLC集中設(shè)備管理其所在的變壓器低壓側(cè)的PLC終端設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油田PLC通信設(shè)備，其特征在于所述PLC終端設(shè)備包括主控模塊、輸入輸出接口、載波通信模塊、載波通信模塊、交流采樣模塊、電源模塊，所述載波通信模塊內(nèi)置載波通信芯片，外部接口為220VAC接口，直接接到采油設(shè)備的電源輸入口 ；內(nèi)部接口為標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通信接口，通過該通信接口，與主控模塊實(shí)現(xiàn)載波通信功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油田PLC通信設(shè)備，其特征在于所述PLC集中設(shè)備和所述PLC終端設(shè)備固定在金屬機(jī)箱內(nèi)。
專利摘要一種油田PLC通信設(shè)備，其包括PLC集中設(shè)備和PLC終端設(shè)備，PLC集中設(shè)備安裝在變壓器附近，包括有三相四線接口與三相四線電源線直接對(duì)接；PLC終端設(shè)備安裝于采油設(shè)備旁邊，其包括有三相四線電源線接口接入到采油設(shè)備的三相四線電源線入口的電源線上，PLC終端設(shè)備還包括信號(hào)線接口，PLC終端設(shè)備信號(hào)線接口與采油設(shè)備的相應(yīng)接口信號(hào)對(duì)接，PLC終端設(shè)備采集并存儲(chǔ)油田生產(chǎn)設(shè)備的必要數(shù)據(jù)、響應(yīng)PLC集中設(shè)備的載波通信，每次PLC通信都由所述PLC集中設(shè)備發(fā)起，PLC集中設(shè)備管理其所在的變壓器低壓側(cè)的PLC終端設(shè)備。本實(shí)用新型通過PLC通訊技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)全部油田生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)管理，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了油田生產(chǎn)的自動(dòng)化操作要求。
文檔編號(hào)H04B3/54GK202059407SQ20112002796
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者姜立賀, 張翔, 朱興凡, 陳平, 陳果 申請(qǐng)人:深圳市芯朗金能源技術(shù)有限公司