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　　本課程包括

　　1  概述

　　2  無(wú)線先鋒

　　3  技術(shù)

　　4  設(shè)備診斷

　　5  低成本增量監(jiān)測(cè)

　　6  總結(jié)

　　使用右下角的滾動(dòng)條和圖標(biāo)來(lái)瀏覽整個(gè)課程，或者點(diǎn)擊上面的鏈接，直接轉(zhuǎn)到要閱讀的內(nèi)容。

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　　概述

　　許多過(guò)程生產(chǎn)商如今正在研究如何利用無(wú)線技術(shù)改善他們工廠的生產(chǎn)和安全狀況。 然而在油氣工業(yè)，無(wú)線技術(shù)早已被用作遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化的工具了。

　　比較突出的例子是，數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)利用無(wú)線技術(shù)例如高功率900MHz無(wú)線電同位于水源、管道以及其它遠(yuǎn)距離現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程測(cè)控終端(RTU)進(jìn)行通信。

　　這些設(shè)備場(chǎng)所距離中央控制室可能達(dá)數(shù)英里之遙，常常由于距離過(guò)于遙遠(yuǎn)，有線通信會(huì)變得過(guò)于昂貴而難于實(shí)現(xiàn)。 這就是為什么無(wú)線技術(shù)在這種情況下可以提供理想的技術(shù)體系的原因了。

　　在本課程中您將學(xué)習(xí)適于這些應(yīng)用的無(wú)線技術(shù)。同時(shí)您還會(huì)學(xué)到無(wú)線技術(shù)的最新進(jìn)展如何使通信變得更加簡(jiǎn)便： 不但可以用來(lái)傳遞測(cè)量控制數(shù)據(jù)，而且還可以用來(lái)傳輸這些處于偏僻場(chǎng)所中設(shè)備的健康狀況信息。

　　在本課程末尾，您會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)短的測(cè)驗(yàn)，幫助您回顧所學(xué)的些知識(shí)――并贏得寶貴的獎(jiǎng)勵(lì)點(diǎn)數(shù)。

　　提示

　　在您閱讀本課程內(nèi)容的時(shí)候，請(qǐng)留意下面這些問(wèn)題的答案：

　　哪些原因使無(wú)線技術(shù)可以適用于遠(yuǎn)程油氣田的應(yīng)用?

　　哪種蜂窩技術(shù)最適合用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信?

　　衛(wèi)星通信同其它無(wú)線技術(shù)相比有何優(yōu)勢(shì)?

　　許可和未許可無(wú)線技術(shù)之間有何基本的不同點(diǎn)?

　　設(shè)備診斷信息如何以無(wú)線方式進(jìn)行傳送?

　　哪種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)距離之外的設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)工作良好?

　　準(zhǔn)備好開始了嗎?請(qǐng)點(diǎn)擊下面的“>”符號(hào)開始您的閱讀吧。

　　下一節(jié)：無(wú)線先鋒

　　無(wú)線先鋒

　　無(wú)線技術(shù)在油氣工業(yè)的成功應(yīng)用已經(jīng)有數(shù)十年的歷史了。

　　這毫不奇怪。 許多水源、管道、以及其它設(shè)施常常距離中央控制室有5-20英里之遠(yuǎn)――甚至更遠(yuǎn)。有些地點(diǎn)由于太過(guò)遙遠(yuǎn)，有線通信基礎(chǔ)設(shè)施，如電話線路等等，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

　　在這種情況之下，無(wú)線技術(shù)成為唯一切實(shí)可行的技術(shù)方案。

　　通常， 這些設(shè)施地點(diǎn)的遠(yuǎn)程測(cè)控終端(RTUs)采集現(xiàn)場(chǎng)儀表的過(guò)程變量和其它的測(cè)量數(shù)據(jù)，先將數(shù)據(jù)根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，然后以無(wú)線方式將它們傳送到SCADA系統(tǒng)。 SCADA系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并按需向RTU發(fā)回控制命令。

　　無(wú)線技術(shù)在油氣工業(yè)的應(yīng)用已有多年歷史。油氣田位置偏遠(yuǎn)，在有些電源以及通信的硬線連接很難實(shí)現(xiàn)或費(fèi)用很高的地方，無(wú)線技術(shù)被用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　這種方法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用并可能在未來(lái)的許多年中繼續(xù)用來(lái)滿足用戶需求。 但是無(wú)線技術(shù)近期的進(jìn)展拓寬了用戶的選擇， 并增加了新的功能――現(xiàn)在可以處理的不僅僅是測(cè)量和控制數(shù)據(jù)，還可以幫助用戶最大可能地推進(jìn)他們的油氣生產(chǎn)。

　　下一節(jié)：技術(shù)

　　技術(shù)

　　用于RTU 和SCADA系統(tǒng)之間連接的最好技術(shù)，通常應(yīng)該能夠提供覆蓋面、速度以及成本的最佳結(jié)合。 耗電量在本地電源受限或者不具備的情況下也會(huì)成為影響因素之一。

　　只要電話線路和光纖網(wǎng)絡(luò)可以提供合理的成本，它們是可以完成這項(xiàng)工作的。但是通常情況下，這不是我們要討論的問(wèn)題。 與此相反，您需要決定的是要選用哪種無(wú)線技術(shù)。

　　油氣田遠(yuǎn)程應(yīng)用的三種最可能的選擇，是蜂窩技術(shù)，衛(wèi)星技術(shù)以及900MHz無(wú)線通信技術(shù)。

　　下一節(jié)：無(wú)線技術(shù)――蜂窩技術(shù)

　　技術(shù)  蜂窩技術(shù)

　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展――即使在許多農(nóng)村地區(qū)――擴(kuò)大了這項(xiàng)技術(shù)在油氣領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。 然而在許多偏僻孤立的區(qū)域，蜂窩網(wǎng)絡(luò)仍然未能覆蓋。

　　正如您在前面課程中學(xué)到的， 蜂窩技術(shù)有幾種類型，而GSM/GPRS是數(shù)據(jù)通信的良好選擇。

　　GPRS還允許遠(yuǎn)程終端以每秒56kb的通信速度跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。有些網(wǎng)絡(luò)，例如EDGE，可以支持更高的速度。

　　然而，RTU 和SCADA系統(tǒng)之間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行雙向通信常常要求有固定的IP地址，而許多互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商并不愿意提供IP地址，或者他們會(huì)收取很高的費(fèi)用。 同任何其它利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信的技術(shù)一樣，您還需要在決定是否應(yīng)用這種方法時(shí)考慮到網(wǎng)絡(luò)的等待時(shí)間和安全問(wèn)題。

　　當(dāng)傳統(tǒng)的高功率900MHz無(wú)線通信方案難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，蜂窩技術(shù)仍可適用。

　　關(guān)于這種技術(shù)的更多內(nèi)容，請(qǐng)參考課程“蜂窩網(wǎng)絡(luò)”。

　　下一節(jié): 無(wú)線技術(shù)――衛(wèi)星

　　無(wú)線技術(shù)   衛(wèi)星

　　基于衛(wèi)星的通信技術(shù)一般來(lái)說(shuō)可以提供最廣闊的覆蓋面積。 它可以將非常遙遠(yuǎn)的設(shè)施直接通過(guò)一個(gè)靜態(tài)的互聯(lián)網(wǎng)IP地址連接到中央控制室。

　　(如前面部分所述，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信您需要考慮網(wǎng)絡(luò)的等待時(shí)間和安全性等問(wèn)題)

　　衛(wèi)星技術(shù)同其它的無(wú)線技術(shù)相比更加昂貴。 它所用的無(wú)線裝置通常更大，消耗的功率也更多，這是因?yàn)樾l(wèi)星信號(hào)的傳播必須達(dá)到它的軌道位置方可。

　　然而，近來(lái)在小口徑天線衛(wèi)星通信技術(shù)(VSAT)的進(jìn)步使衛(wèi)星數(shù)據(jù)終端在大小、功率和費(fèi)用方面都大大減少，同時(shí)允許數(shù)據(jù)以高達(dá)每秒5,000比特的速度進(jìn)行傳播。 費(fèi)用收取根據(jù)所傳送的數(shù)據(jù)量而定。

　　同任何其它利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信的技術(shù)一樣，您還需要將網(wǎng)絡(luò)的等待時(shí)間和安全問(wèn)題納入考慮的范圍之內(nèi)，并在此基礎(chǔ)上做出決定是否應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)。

　　下一節(jié)：無(wú)線技術(shù)――900MHz無(wú)線通信

　　技術(shù)   900 MHz 無(wú)線通信

　　許可的以及近來(lái)還未經(jīng)許可的900MHz無(wú)線通信技術(shù)都已經(jīng)投入到油氣田數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用之中，且應(yīng)用范圍主要都在北美地區(qū)。

　　許可技術(shù)。 高功率90MHz無(wú)線通信是一種經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的成熟技術(shù)――它們?cè)谟蜌馓镒詣?dòng)化領(lǐng)域的成功應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)20年之久。 對(duì)于本應(yīng)用中的距離和數(shù)據(jù)率而言，這種技術(shù)非常合適。

　　許可900MHz通信技術(shù)的發(fā)送范圍一般是15-25km(10-25英里)。 距離更遠(yuǎn)，則意味著功耗更高，而且可能數(shù)據(jù)傳輸率更慢。

　　未許可技術(shù)。由于可用頻率的缺乏，以及獲取許可時(shí)間的耽擱和費(fèi)用問(wèn)題，許可通信技術(shù)在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用受到局限。而未許可技術(shù)卻可以消除這些障礙。

　　加拿大工業(yè)局和美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)將射頻頻譜的一部分――包括902-928MHz和2.4GHz頻帶――進(jìn)行分配，用于未許可的通信系統(tǒng)。

　　為了不對(duì)現(xiàn)有的許可用戶產(chǎn)生干擾，這些系統(tǒng)的發(fā)射功率受到有關(guān)規(guī)定的限制。這些限制限定了這些無(wú)線系統(tǒng)的發(fā)射范圍――同高功率許可系統(tǒng)比較，這是一個(gè)重要的區(qū)別。

　　許可無(wú)線通信設(shè)備制造商還必須為他們的產(chǎn)品提供保護(hù)，以避免來(lái)自于其它系統(tǒng)的干擾。 通常提供的保護(hù)是利用擴(kuò)展頻譜傳輸技術(shù)來(lái)進(jìn)行的。

　　有必要提及的是，這兩種無(wú)線通信系統(tǒng)一般都限于視線傳輸，而且每種應(yīng)用都要求有專用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其中可能包括多個(gè)發(fā)射塔和中繼器。

　　下一節(jié)： 無(wú)線技術(shù)――關(guān)鍵特性比較

　　技術(shù)   關(guān)鍵屬性的比較

　　下面的表格對(duì)于我們討論的三種無(wú)線技術(shù)的關(guān)鍵屬性進(jìn)行總結(jié)。

　　雖然GSM/GPRS、衛(wèi)星技術(shù)以及900MHz無(wú)線通信都適用于遠(yuǎn)程油氣田監(jiān)測(cè)應(yīng)用，通常選擇的技術(shù)還是900MHz。

　　下一節(jié)：設(shè)備診斷

　　設(shè)備診斷

　　由于油氣田十分巨大，設(shè)備分布遙遠(yuǎn)，要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行維護(hù)是一件困難而且費(fèi)時(shí)的工作。 有時(shí)候您甚至不知道設(shè)備出現(xiàn)了問(wèn)題，直到有人注意到測(cè)量值“看上去不正常”的時(shí)候，您才能意識(shí)到問(wèn)題的存在。

　　假如您能夠探測(cè)到可能導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障的狀況――并在引發(fā)意外停工的事故之前及時(shí)搞定問(wèn)題，這項(xiàng)任務(wù)就簡(jiǎn)單多了。 而且今天的市場(chǎng)上，每分鐘的停工期，或者產(chǎn)量的減少都會(huì)導(dǎo)致利潤(rùn)機(jī)會(huì)的喪失。

　　傳統(tǒng)的無(wú)線SCADA系統(tǒng)通常不會(huì)提供關(guān)于設(shè)備狀況以及周圍相關(guān)操作過(guò)程的信息，而是依賴于操作人員或者工程師來(lái)關(guān)注那些反常信息，這些信息可能會(huì)顯示潛在的設(shè)備問(wèn)題或者故障。

　　幸運(yùn)的是，由于近期無(wú)線技術(shù)的進(jìn)步和RTU性能的改善， 從HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送診斷數(shù)據(jù)到中央資產(chǎn)管理系統(tǒng)已經(jīng)可以做到。

　　中央系統(tǒng)的資產(chǎn)管理軟件可以直接通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)同設(shè)備進(jìn)行通信。無(wú)線網(wǎng)關(guān)如專門設(shè)計(jì)用于處理此類信息的高級(jí)RTU， 可以繼續(xù)將實(shí)時(shí)過(guò)程的數(shù)據(jù)傳遞給SCADA系統(tǒng)。 網(wǎng)關(guān)乃是SCADA系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的中央通信環(huán)節(jié)。

　　用戶可以直接訪問(wèn)這些最新信息，對(duì)潛在問(wèn)題的探測(cè)、診斷、甚至預(yù)測(cè)――以盡可能地防止設(shè)備故障甚至由遙控操作造成的停機(jī)――都變得更加容易，

　　艾默生公司的優(yōu)勢(shì)

　　艾默生的“智能遠(yuǎn)程自動(dòng)化”為油氣田應(yīng)用提供了PlantWeb 數(shù)字體系之優(yōu)勢(shì)――包括將智能HART設(shè)備的健康狀況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成預(yù)測(cè)信息，供操作人員之用。 其重要部件包括：

　　ROC800系列遠(yuǎn)程操作控制器是一種經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)的測(cè)量與控制遠(yuǎn)程測(cè)控終端設(shè)備(RTU)，作為遠(yuǎn)程HART儀表和在中央控制室的艾默生AMS?設(shè)備管理組合的通信環(huán)節(jié)。 ROC800支持各種通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其中包括高速與低速的有線和無(wú)線體系架構(gòu)。

　　ROC 現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器是一種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，它將低帶寬、低速現(xiàn)場(chǎng)診斷通信和高帶寬、高速度以太網(wǎng)主機(jī)通信結(jié)合起來(lái)，并進(jìn)行管理。 它通過(guò)確定數(shù)據(jù)包發(fā)送優(yōu)先順序、緩沖、帶寬管理以及自動(dòng)目錄生成等來(lái)克服帶寬限制。

　　AMS 設(shè)備管理組合是一種業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的開放式軟件家族產(chǎn)品，為智能儀表提供實(shí)時(shí)組態(tài)、標(biāo)定、診斷、文檔以及用戶界面。 它包括AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)和AMS設(shè)備信息平臺(tái)，為每個(gè)遠(yuǎn)程ROC800控制器提供通信與數(shù)據(jù)庫(kù)接口。

　　下一節(jié)： 低成本增量監(jiān)測(cè)

　　低成本增量監(jiān)測(cè)

　　迄今為止我們所談?wù)摰亩际顷P(guān)于如何利用無(wú)線技術(shù)將遠(yuǎn)距離油氣田的設(shè)備數(shù)據(jù)連接到數(shù)英里之外的中央控制系統(tǒng)或者中央信息系統(tǒng)的問(wèn)題。 但是在遠(yuǎn)距離現(xiàn)場(chǎng)之內(nèi)，我們也有利用無(wú)線通信的機(jī)會(huì)。

　　特別是，無(wú)線技術(shù)使您可以以合適的費(fèi)用來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)附加信息――換句話說(shuō)，更多的測(cè)量值――以幫助您改善操作的效率。

　　例如，“抽水機(jī)”需要頻繁訪問(wèn)遠(yuǎn)處的現(xiàn)場(chǎng)以檢查油罐和水罐的液位，并在必要時(shí)將他們抽空。但是若訪問(wèn)的是無(wú)需抽空的儲(chǔ)罐，就會(huì)對(duì)時(shí)間和資源造成浪費(fèi)。

　　通過(guò)為儲(chǔ)罐加裝液位測(cè)量?jī)x表，將數(shù)據(jù)發(fā)回控制室，操作人員就可以檢查每個(gè)儲(chǔ)罐的液位，并在必要時(shí)向需要的地方派遣抽水機(jī)――這樣做可以減少出行的次數(shù)以及相關(guān)的旅行成本。

　　不幸的是，從許多偏遠(yuǎn)地點(diǎn)的RTU鋪設(shè)附加的電源和通信電纜到另外的測(cè)量?jī)x表非常困難而且費(fèi)用昂貴。 在許多地區(qū)， 您甚至需要獲得挖掘地溝的許可才能埋入連接電纜。

　　然而，利用合適的無(wú)線技術(shù)和儀表，這些增量測(cè)量?jī)x表的安裝可以變得更加簡(jiǎn)單而且成本合算。

　　例如， 在油井區(qū)或者其它的偏遠(yuǎn)場(chǎng)所，自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以連接那些堅(jiān)固耐用、電池供電的儀表設(shè)備， 而這些設(shè)備自動(dòng)地測(cè)量并向本地網(wǎng)關(guān)或者RTU報(bào)告油罐的液位或者其它的測(cè)量值，然后網(wǎng)關(guān)將這些信息再通過(guò)SCADA網(wǎng)絡(luò)加以傳遞。 無(wú)需因電源或通信之故來(lái)敷設(shè)電纜或者挖溝。

　　如果自組織網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無(wú)線信號(hào)遭到中斷――例如，由于有輛卡車停泊在設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間――網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)通過(guò)其它的無(wú)線設(shè)備改道進(jìn)行通信，直到信號(hào)抵達(dá)目的地為止。設(shè)備安裝、拆除以及重新定位都很容易。

　　而且您也無(wú)需擔(dān)心需要司機(jī)比以前跑得更勤以便為所有的設(shè)備更換電池。 根據(jù)使用和環(huán)境的情況，在進(jìn)行了能量效率以及有效能源管理設(shè)計(jì)的設(shè)備中，電池的壽命可以持續(xù)數(shù)年。

　　關(guān)于這個(gè)話題的更多內(nèi)容，請(qǐng)參考課程“自組織網(wǎng)絡(luò)”。

　　下一節(jié)：總結(jié)

　　總結(jié)

　　無(wú)線技術(shù)作為一種工具將遠(yuǎn)距離油氣田和中央監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。 缺乏硬線連接的電源和通信基礎(chǔ)設(shè)施的狀況常常使無(wú)線技術(shù)在這些偏遠(yuǎn)地區(qū)成為唯一可行的選擇。

　　在本課程中您學(xué)到，新技術(shù)正在提供更多類型的通信選擇以滿足特定的應(yīng)用需求――從蜂窩網(wǎng)絡(luò)到衛(wèi)星技術(shù)，再到900MHz無(wú)線通信等等。

　　您還學(xué)到，最近的技術(shù)進(jìn)展提供了新的途徑， 使無(wú)線技術(shù)可以用于改善操作。 這包括將設(shè)備診斷信息整合到無(wú)線通信中，然后再將信息從遠(yuǎn)處的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送到中央系統(tǒng);以及利用自組織網(wǎng)絡(luò)以合適的價(jià)格在遠(yuǎn)處現(xiàn)場(chǎng)增加增量測(cè)量?jī)x表等等。