克拉瑪依油田地處遠離市區的荒漠地帶，目前許多采油區還不具備大量密集使用4G 的條件。針對克拉瑪依油田的實際情況，重油公司A11物聯網設計方案對ZigBee通信設備的傳輸距離指標設定為500米(中石油A11無線變送器傳輸距離指標設定為300米)，近幾年重油公司物聯網建設(單井數據采集)，投用了大量的中石油A11招標入圍供應商提供的壓力、溫度變送器。

實踐測試證實，受具體安裝位置的限制與周邊環境的影響，投用的這批壓力、溫度變送器其無線傳輸距離只有10m～120m左右，與中石油A11無線通信設備300米的指標和重油公司A11無線通信500米的指標相差很大，數據無法采集傳輸到網關(網絡設備)。為能從根本上解決現存問題，經研究和實驗測試確定，需實施引用一批數據中繼設備，將中石油A11招標入圍無線通信設備的傳輸距離擴展到500米以上，以適應新疆克拉瑪依油田的實際需要。

數據采集器(數據采集中繼)產品設計制造及現場工程實施嚴格遵循國際、國家、中國石油天然氣股份有限公司現行有關標準。列表如下：

GB/T 34039-2017 遠程終端單元(RTU)技術規范

GB 30439.1-2013 工業自動化產品安全要求

HG/T 20507-2014 自動化儀表選型設計規范

GB/Z 16656.1002-2010 工業自動化系統與集成，產品數據表達與交換

GB 50093-2013 自動化儀表工程施工及質量驗收規范(附條文說明)

GB50055-2011 通用用電設備配電設計規范

一、數據采集中繼設備構成與工作原理

數據采集中繼器由Digi ZigBee協調器、數據采集中繼器(路由)兩個核心數據處理單元構成。數據采集中繼器內置Digi ZigBee協調器，用于接收附近多個相同網絡識別碼A11+GRM協議變送器數據，由內部總線傳遞到數據中繼路由模塊，數據采集中繼路由核心處理器可實時讀取電參、壓力、溫度和其它遠程儀表數據，經壓縮處理后，通過ZigBee無線網橋鏈路，實施無線遠程傳輸到網關設備。

數據采集中繼器是實時路由轉發設備，可鏈接多個數據采集設備或中繼器，當接收到無線采集終端發送的數據時,即刻轉發到無線網橋鏈路直至數據網關。

數據采集中繼器可實時雙向通信，當接收到數據網關下傳指令時，即刻轉發給控制單元處理完成相應的控制操作。

數據采集中繼器由多插座底板和不同功能模塊插件電路板組成，可根據需要選配不同的功能模塊插件。數據采集中繼器具備24VDC轉5VDC和太陽能加鋰電池組兩種工作電源，可根據現場實際情況選用不同的工作電源。

二、安裝實施方案與技術需求

數據采集中繼器其主體電路板需加隔離外殼，安裝在抽油井配電箱的弱電箱內襯板上，由24VDC轉5VDC電源供電(沒有供電的注汽井采用自備太陽能加鋰電池組電源供電)。

數據采集中繼器兼容采集器控制終端全部功能。其電參模塊通過485線纜與數據采集中繼器主體相連接，電參模塊安裝在配電箱的弱電箱內襯板上，電參模塊控制端口和信號采集端口通過導線連接到相應的觸點上，雙吸盤天線引出放在配電箱體上方。

如下圖所示：

三、坑洼土丘地貌采集網絡建設

克拉瑪依油田重油作業區地形復雜，丘陵與坑洼盆地相間，油井分布地域大且地貌多樣化。采油作業區只有部分的管理站實現了光纖網絡通信，有些區域(井位)還不具備4G通信條件，采用無線方式直傳到中心站或4G設備的星狀網絡結構，存在大量的通信盲區和網絡死角。采用ZigBee網橋與樹狀采集傳輸網絡，是目前實現規避土丘坑洼遮擋障礙，最簡單有效和綜合造價低廉的最佳模式。

選擇合理的路由采集器地址對于網絡覆蓋的影響非常大，為了適應任意選址的需要，路由采集器必須具備自帶不間斷工作電源和不斷電更換電池(約4年一次)功能。采油作業區路由器一般建立在相對位置較高處，以擴大覆蓋面積減少投資。因為ZigBee 信號的波形的特性決定，位置過高也會適得其反，為保證最佳覆蓋面，除了能夠選擇合適的地址外，還要具備根據不同的地形選址的經驗及技術措施。

數據采集傳輸網絡示意圖：

四、系統設備性能及技術指標

1. 數據采集中繼器傳輸采用無線2.4G開放頻段，數據采集中繼器直傳距離500米(空曠地段無轉發1km)，通過ZigBee網橋覆蓋區域直徑2000米，通過路由可實現無盲點通信;

2. 數據采集中繼器可接入標準模擬量輸出儀表;2路開關量采集接入抽油機啟/停狀態和手動/自動狀態;2路繼電器輸出接控制抽油機啟/停觸點;DC24V工作電源;RS485接口通信，標準通信協議MODBUS-RTU;

3. 數據采集中繼器無休眠運行工作，能夠自動復位聯網(采集器具備自動復位連網功能，當終端與采集網絡失聯時，采集終端系統軟件自動復位連網，直至連接成功)。

4. 系統設備能夠適應新疆油田惡劣環境與氣候條件下使用(氣溫-40℃～75℃，戈壁灘風力可達14級);

5. 系統數據網關可配置劃分油井管理區域范圍，能夠自動檢測和標識管理區域內設備運行狀態及故障，能夠配置網絡接口(網關、掩碼、油田私網IP和外網IP),適應Modebus TCP通信協議與后臺組態管理系統對接;

6. 系統網絡通信設備支持互聯網協議第六版(IPV6);

7. 系統運行穩定可靠適應惡劣環境及高寒高溫氣候條件下運行，平均數據上線率98%以上(人為造成的故障除外);

8. 系統井口采集器為本質安全防爆設計、隔爆多重防護，具備不低于EXibⅡC4Gb 防爆等級證。

從以上可以看出：

1.數據采集器設備主要用于中繼擴展A11+GRM協議設備DIGI ZigBee通信傳輸距離達500米以上，實時采集A11+GRM協議設備數據和轉發，能夠自動鏈接多個中繼建立通信鏈路，可多級擴展無線傳輸距離和規避土丘坑洼遮擋障礙，通過ZigBee無線網橋(中繼鏈路)實現采油區無盲點通信監控，保障油田無敷設公網通信設施區域的雙向通信和穩定的數據上線率。

2.數據采集器產品用于新疆油田抽油機(井)工況參數采集與無線遠程傳輸及實時監控網絡系統建設。

3.數據采集器產品能夠適應新疆油田惡劣環境與氣候條件下使用，其技術指標能夠滿足不同作業區(稀油、稠油熱采)生產上的實際需求。

4.數據采集器產品，主要看重Digi ZigBee模塊的功能和特點是：1)低功耗;2)滿足傳輸距離;3)組網功能;4)簡單易用，穩定可靠，性價比高。

審核編輯：湯梓紅