一種油田plc通信設備的製作方法

2023-06-07 18:40:26

專利名稱：一種油田plc通信設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油田PLC通信設備，尤其涉及一種裝配簡單的油田PLC通信設備。
背景技術：
在油田生產領域，由於實際工作的需要，生產的自動化程度要求越來越高。因為只有提高了生產的自動化程度，才能節省人工開支、提高單位產出，同時還能對生產中的各種數據進行及時採集及處理。而要達到這些要求，相關的通信技術在該領域的應用便成為一個必須研究的課題。油田生產是一種特殊的行業，其全部生產設備都暴露在野外環境下，而野外環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，一般都必須按工業級工作溫度來要求(_40°C-80°C )。此外， 工作的電磁環境也很惡劣，極端的情況下，會直接遭到雷電的襲擊。另外，與其他設備不同， 油田的生產設備都地處荒遠，而且都比較分散，因此，儘可能少的維護也是一項必須優先考慮的要求。因此，對工作在這樣環境下的設備提出了非常嚴苛的要求。一般來講，油田生產的現場可供利用的條件是非常有限的，只有220V/380V AC的供電線路，沒有任何其他現成的通信介質可供採用。如果要解決通信問題，可以採用無線或有線的方式。無線方式可以採用近程射頻方式如433MHz，也可以採用遠程無線方式如GPRS/ CDMA等，但是這兩種方案都有其局限性。首先，無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備單獨供電是非常不容易的事情，這樣做引入的費用也將非常可觀。其次，無線傳輸的距離問題，近程射頻方式由於受到比較多的影響因素，導致通信距離不能保證完全可靠，在設計上就必須保證通信的冗餘，這對整個項目來說就會引入不確定因素。費用問題，如果採用遠程無線方式，單個數據點就必須按月繳納一筆費用，數目較大的數據點單月的固定支出將是一筆不菲的費用，這對於用戶來說，一般是不能接受的。有線方式一般可以採用CAN和485通信方式。這兩種方式有一個共同的缺點都需要布置專門的通信線路，如果用戶可以接受，那麼鋪設線路的費用問題可以忽略。其次， 通信線路都需要維護，維護包括意外情況出現時的維護和定期的維護。如果通信線路遭受了意外中斷，故障的查找也將是一個比較麻煩的事情。而且，通信線路還必須要有一定防護級別的保護，以防止線路受到意外的衝擊(主要是雷電的衝擊)。因此，在油田生產領域所採用的通信技術必須解決如下問題1.工程施工簡單；2.系統維護方便；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/高壓IOkv電壓等級/低壓配電線380/220V用戶線)作為信息傳輸媒介進行語音或數據傳輸的一種特殊通信方式。 低壓電力線並不是專門用來傳輸通信數據的。它的拓撲結構和物理特性都與傳統的通信傳輸介質，如雙絞線、同軸電纜、光纖等不同。它在傳輸通信信號時信道特性相當複雜，負載多，噪聲幹擾強，信道衰減大，信道延時，通信環境相當惡劣。雖然電力線載波的通信信道有上述缺點，但是，如果採用適合的技術處理手段，那麼這些問題都可以得到一定程度的解決。隨著許多國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已經相對比較成熟了，已經有多個公司提供了不同型號的專門用於電力線載波通信的晶片，隨著應用的推廣，這方面的通信技術將會被越來越多的採用。低壓電力線載波的最大優點是1.不需要另外布設通信線路；2.不需要關心通信網絡的拓撲結構；3.幾乎為零的網絡維護成本。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種油田PLC通信設備，其將載波通信運用於油田生產中。本實用新型為解決上述技術問題所採用的技術方案為 一種油田PLC通信設備，其包括PLC集中設備和PLC終端設備，所述PLC集中設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接；所述PLC終端設備安裝於採油設備旁邊，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採油設備的三相四線電源線入口的電源線上，所述PLC終端設備還包括信號線接口，所述PLC終端設備信號線接口與採油設備的相應接口信號對接，所述 PLC終端設備採集並存儲油田生產設備的必要數據、響應PLC集中設備的載波通信，每次 PLC通信都由所述PLC集中設備發起，所述PLC集中設備管理其所在的變壓器低壓側的PLC終端設備。所述PLC終端設備包括主控模塊、輸入輸出接口、載波通信模塊、載波通信模塊、 交流採樣模塊、電源模塊，所述載波通信模塊內置載波通信晶片，外部接口為220VAC接口， 直接接到採油設備的電源輸入口；內部接口為標準的RS-485通信接口，通過該通信接口， 與主控模塊實現載波通信功能。所述PLC集中設備和所述PLC終端設備固定在金屬機箱內。本實用新型的PLC通信設備是非常穩定和強健的系統。其工程施工簡單；系統維護方便；工作可靠。

圖1為本實用新型實施例結構圖；圖2為本實用新型實施例網絡結構圖具體實施方式
以下通過實施例來描述本實用新型，應該指出的是，所列舉的實施例不應理解對實用新型的限制。將載波通信運用於油田生產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備PLC集中設備和PLC終端設備。PLC集中設備主要負責管理它所在的變壓器低壓側的PLC終端設備。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集中設備和終端設備本身有塑料保護外殼，能夠適應一定的環境要求，但為了適應惡劣的野外環境，PLC集中設備和終端設備都需要加裝另外的金屬機箱，以加強防曬、防塵、防水的作用。PLC集中設備安裝在變壓器附近，它有相應的三相四線接口可與三相四線電源線直接對接。PLC集中設備主要具備的功能PLC通信、數據存儲、數據上報(通過GPRS/CDMA 網絡)、遠端維護等。通過PLC集中設備，油田生產單位可以比較直接地了解到該設備所管理的油田生產設備的狀況以及這些油田生產設備在過去的一定時間內曾經發生過的一些事件記錄。而這些數據在以前要實時獲取是非常不容易實現的。PLC終端設備安裝於採油設備旁邊，它的三相四線電源線接口接入到採油設備的三相四線電源線入口的電源線上。PLC終端設備還有相應的信號線接口，這些信號與採油設備的相應接口信號對接。PLC終端設備主要具備的功能採集並存儲油田生產設備的必要數據、響應PLC集中設備的載波通信。每次PLC通信都由PLC集中設備發起，PLC終端設備只能被動響應PLC通信，不能主動發起PLC通信。PLC終端設備負責管理油田生產設備，它們之間有一些必要的輸入輸出信號需要連接。單一的PLC終端設備管理一臺生產設備。這樣，通過PLC通訊技術，就可以實現全部油田生產設備的聯網管理，從而進一步實現了油田生產的自動化操作要求。1. PLC終端設備的組成a)主控模塊RTU 以ARM9控制器為核心的主控模塊RTU主要實現油田PLC終端設備的中央處理功能。主要包括與採油設備的通信和簡單控制、採集採油設備的必要數據、 採油設備必要數據的存儲、響應油田PLC集中設備的載波通信。b)輸入輸出接口 這部分電路主要對外部數字量(DI信號)的輸入、模擬量(Al信號)的輸入、開關量O20VAC電壓)的輸出、通信接口實現對各種通信信號的接入(包括 RS-485、乙太網、RS-232)c)載波通信模塊內置載波通信晶片，外部接口為220VAC接口，直接接到採油設備的電源輸入口。內部接口為標準的RS-485通信接口，通過該通信接口，與RTU主控模塊實現載波通信功能。d)交流採樣模塊內置交流採樣晶片，實現對採油設備的電壓、電流等交流信號的採集處理，並通過CAN總線與主控模塊RTU通信，將採集到的交流信號數據上報到主控模塊 RTU。e)電源模塊電源模塊實現對整個油田PLC終端設備供電。該模塊的外部接口為220VAC電源接口，內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.採油設備和油田PLC終端設備的連接[0041]採油設備與油田PLC終端設備之間的主要連接信號有模擬量信號(Al信號)、數字開關量輸入信號(DI信號)、數字開關量輸出信號(DO信號)、串行通信口(RS-485)。3.油田PLC終端設備與油田PLC終端設備間的通信由油田PLC終端設備和油田PLC集中設備構成的PLC通信網絡為分時復用網絡。 在該網絡上，任何時候都只有一臺PLC設備能發出PLC載波通信信號，在該時刻，所有其他的通信設備都處於主動接收狀態。無論怎樣，每一次PLC通信都由油田PLC集中設備發起， 油田PLC終端設備不具備主動發起PLC通信的功能。在此PLC網絡中，可以採用單點對單點的通信技術，也可以採用自組網方式的通信技術。單點對單點的通信技術較為常用，在這種通信方式下，需要對每個PLC通信設備配置通信的物理地址，配置完畢，才能夠開始整個網絡的PLC通信。此種技術的優點是通信網絡的拓撲結構相對簡單，對軟體的算法要求不高。缺點是，在這種方式下，PLC通信對單點間的通信能力有較高要求，為了達到較強的單點間通信能力，一般採用增大PLC發射功率的方法實現。但是，過大的PLC發射功率會增加系統的成本，同時，還會引起模塊溫度的上升，對整機的使用壽命有一定的影響。在實際的工程中，可以採用增加PLC中繼的方法來加強PLC的單點通信能力。自組網方式的通信技術是比較新的PLC通信方式，在此方式下，不再需要對單個的PLC設備配置通信的物理地址，該設備內置的唯一的硬體物理地址就是該設備在PLC網絡中的通信地址。只要全部PLC設備安裝完畢，經過必要的組網時間，PLC網絡就可以開始正常的PLC通信了。此通信方式的優點是省掉了大量的工程配置時間，提高了安裝的工作效率，同時，因為網絡的任何一個設備都具備中繼的能力，對單點間PLC通信能力不再有很高的要求，因此可以降低整機功耗並節省成本。該通信方式的缺點是對組網算法的要求非常高，如果該算法沒有經過大量的工程檢驗，就會導致比較嚴重的後果，比如引起PLC通信網絡中斷甚至癱瘓。本實施例的PLC設備可以提供上述兩種通信方式下的PLC網絡通信方案。這兩種方案均經過大量的工程檢驗，被證明是非常穩定和強健的系統。顯然，上述內容只是為了說明本實用新型的特點，而並非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員根據本實用新型在相應的技術領域做出的變化應屬於本實用新型的保護範疇。
權利要求1.一種油田PLC通信設備，其特徵在於其包括PLC集中設備和PLC終端設備，所述 PLC集中設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接；所述PLC終端設備安裝於採油設備旁邊，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採油設備的三相四線電源線入口的電源線上，所述PLC終端設備還包括信號線接口，所述PLC終端設備信號線接口與採油設備的相應接口信號對接，所述PLC終端設備採集並存儲油田生產設備的必要數據、響應PLC集中設備的載波通信，每次PLC通信都由所述PLC集中設備發起，所述PLC集中設備管理其所在的變壓器低壓側的PLC終端設備。
2.根據權利要求1所述的一種油田PLC通信設備，其特徵在於所述PLC終端設備包括主控模塊、輸入輸出接口、載波通信模塊、載波通信模塊、交流採樣模塊、電源模塊，所述載波通信模塊內置載波通信晶片，外部接口為220VAC接口，直接接到採油設備的電源輸入口 ；內部接口為標準的RS-485通信接口，通過該通信接口，與主控模塊實現載波通信功能。
3.根據權利要求1所述的一種油田PLC通信設備，其特徵在於所述PLC集中設備和所述PLC終端設備固定在金屬機箱內。
專利摘要一種油田PLC通信設備，其包括PLC集中設備和PLC終端設備，PLC集中設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接；PLC終端設備安裝於採油設備旁邊，其包括有三相四線電源線接口接入到採油設備的三相四線電源線入口的電源線上，PLC終端設備還包括信號線接口，PLC終端設備信號線接口與採油設備的相應接口信號對接，PLC終端設備採集並存儲油田生產設備的必要數據、響應PLC集中設備的載波通信，每次PLC通信都由所述PLC集中設備發起，PLC集中設備管理其所在的變壓器低壓側的PLC終端設備。本實用新型通過PLC通訊技術，就可以實現全部油田生產設備的聯網管理，從而進一步實現了油田生產的自動化操作要求。
文檔編號H04B3/54GK202059407SQ20112002796
公開日2011年11月30日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者姜立賀, 張翔, 朱興凡, 陳平, 陳果 申請人:深圳市芯朗金能源技術有限公司