技术方案-TBOXRTU数字化油气田监控系统V14

1、数字化油气田监控系统技术方案 基于物联网技术平台CSE-Semaphore中国销售代表处目 录1.TBOX井站数字化系统31.1.数据采集与控制41.2.报警和事件记录SoE功能51.3.数据记录功能61.4.系统通讯机制61.5.视频捕捉、存储、显示和推送功能71.6.内置WEB服务器功能91.7.天然气流量计量功能101.8.串口用户协议通讯能力111.9.以太网隔离网关功能121.10.井站数字化系统典型配置132.TBOX RTU单元技术规格152.1.控制器 - CPU32152.2.电源模块（选项）162.3.I/O模块172.4.通讯模块（选项）193. 系统接线原理和机械参数2

2、1系统概述数字化油气田系统是以系统集成、信息共享、分布式网络、安全稳定的数据为宗旨，以信息技术为支撑，油田信息为数据源，以互联网为传输媒介，以管理决策和信息共享为目标的现代化油田信息管理系统。作为实时信息获取的基础，自动化技术和网络通讯技术一直在不断地发展完善，推进数字化油气田系统进入智能化、自动化、可视化和实时化的新阶段。作为实现数字化油气田的关键技术，自动化技术、可视化技术和远程通讯技术的有机整合，是拓展现阶段数据采集深度和广度的有效方法，将实现数据感知的多样性，利用信息交换和通信手段以满足越来越广泛的监测需求。CSE-Semaphore产品致力于远程设备管理和分布式自动化系统应用，为少至

3、几个采集点多至上千点的不同规模的需求提供各种高性价比的综合解决方案，即可以提供适用于无电力系统、无光纤通讯网络的无人值守井站的低功耗TBOX RTU产品，还可以提供通讯网关、流量计量以及大型站控系统。1. TBOX井站数字化系统油气田井站分布点多面广，大部分分布在地形较复杂地区，野外井站通常不具备供电条件，需要采用太阳能供电设计，通讯方式采用相对稳定的GPRS/CDMA无线通讯方式。因此，低功耗设计、集成可视化技术并具有优化的通讯机制以适应窄带宽的无线通讯的TBOX RTU产品，是真正满足数字化油气田现阶段对井站数据采集需求的自动化产品。TBOX井站数字化系统具有高度集成的设计，功能丰富，集自

4、动化系统，视频捕捉监控系统，无线通讯系统和太阳能供电系统于一体。系统主要由4部分组成：l TBOX RTU单元l 视频监控系统l 太阳能供电系统l 防护机箱TBOX井站数字化系统TBOX井站数字化系统是一套先进的远程自动化系统，RTU单元可以完成采集井站的模拟量、数字量以及与智能设备通讯等基本功能，也具有天然气流量计算和流量累积功能；RTU单元通过网络接口直接连接网络摄像机，可以定时或事件触发方式捕捉现场图片；RTU单元集成GPRS无线通讯，可以作为一台无线网络通讯服务器，响应中心站轮询命令或定时或事件触发方式自动发送数据和现场图片。系统综合结构示意图1.1. 数据采集与控制TBOX RTU配

5、置8-24路模拟量输入可以采集油压、套压、介质温度等模拟量信号，支持4-20mA/-10-10V信号和Pt100/Pt1000热电阻信号，模拟量模块可以按照实际井站需求扩展；TBOX RTU配置16路开关量模块，每路通道可以应用为开关量输入或输出，可以采集阀位状态、燃烧器等设备运行状态、入侵探测等开关量信号，开关量模块可以按照实际井站需求扩展；TBOX RTU支持IEC6 1131-3标准编程，可以执行开关井控制、调节阀门PID回路控制等远程操作；TBOX RTU支持天然气流量计算和流量累积功能。1.2. 报警和事件记录SoE功能TBOX RTU内置高级报警管理功能，通过开关量状态变化或模拟量

6、限值触发报警并记录于RTU中。报警可以控制执行相应的通讯功能，如发送SMS短信，主动上报实时数据或发送Email/FTP文件形式的历史数据等。TBOX RTU支持ms级的事件记录功能，2个记录表可分别记录32000个开关量和模拟量的事件，每条记录带有日期和时间标签。报警记录和SoE事件记录可以文件方式定时地发送到中心站，或者远程下载，有利于无人值守站的智能化管理。TBOX RTU事件记录SoE功能1.3. 数据记录功能TBOX RTU内置数据记录（Datalogging）功能，可扩展的大容量内存可以支持多大2000个历史数据记录，每个历史记录可以记录65535个数据。数据记录功能采用向导型配置

7、，无需编程。定时记录的历史数据可以周期或报警触发主动发送至中心站。该功能实现RTU在通讯故障和服务器异常等情况下对重要数据的备份存储，将井站数据以通用.CSV格式数据库补传到指定的中心站计算机中，方便数据库接口补写数据，可以确保计量数据不丢失，维护数据库的完整性。TBOX RTU数据记录功能1.4. 系统通讯机制TBOX RTU即可以使用外置GPRS/CDMA通讯模块，也可以配置内置的GSM/GPRS通讯模块。TBOX RTU的内置的GSM/GPRS通讯模块可以工作于GSM短信模式和GPRS数据通讯模式，且由于集成一体，优化了系统功耗，利于监测无线连接信号强度和通讯状态以控制无线通讯的效率。T

8、BOX RTU支持Modbus、DNP3、IEC60870-101/104等通讯协议，响应中心站的周期轮询请求，可以定时或报警触发主动上报。轮询结合主动上报的通讯方式，适合于低效窄带宽的无线GPRS通讯方式下SCADA系统应用。TBOX RTU支持丰富的IP功能，如SMTP/POP3协议，FTP/SFTP协议等，可以定时或报警触发主动将RTU中的报警记录、数据记录和SoE事件记录以邮件或文件方式发送到指定的计算机或邮箱。TBOX RTU特有的Read SMS功能，可以通过短信息发送系统报警，还可以通过短信息控制现场设备和设置参数，具有短信反馈功能，确保通讯成功。虚拟SCADA功能-通讯机制示意

9、图1.5. 视频捕捉、存储、显示和推送功能TBOX RTU支持如海康威视、大华、亚安、AXIS、D-LINK、SONY等多种品牌网络摄像机通讯，通过内置的视频服务功能，实现视频在线显示和远程转发，以及图片捕捉、存储、WEB显示和向指定计算机推送等功能。只需简单的将网络摄像机连接至RTU的以太网口，TBOX RTU可以定时、入侵探测信号或报警信号等触发捕捉动作，可以连接多达4台网络摄像机以满足现场监控需求。图片抓拍功能：-定时抓怕-事件触发抓拍-报警关联连续抓拍图片存储功能：-SD卡大容量存储-远程回读存储的图片图片传送/推送功能：-FTP文件推送-Email附件发送-Datalogger文件拆

10、分发送视频监控功能：-WEB在线定时刷新图片-WEB在线视频监控-WEB显示连续抓拍图片-路由（IP Forwording）转发视频语音传送功能：-WEB在线语音对讲-远程控制语音开关集成视频服务和图片捕捉功能RTU将获取的图片缓存于大容量内存中，即可以通过FTP/SFTP的文件传送方式发送至监控中心，也可以将图片保存于本地SD卡中或显示到内置的WEB界面上在线浏览。当保存于SD卡中时，中心站可以通过FTP客户端访问TBOX RTU并读回历史文件。此功能尤其适用于采用无线网络通讯的无人值守远程站点，可以完善系统的安全报警和入侵保护等功能，是低成本、便于使用的监控技术解决方案。TBOX RTU自

11、动检测3G/GPRS连接状态，若信号强度不适合传输较大的文件时，可以强制禁止传送以避免长时间占用GPRS通道重发。视频功能：TBOX RTU可以通过内置WEB可以在线显示监控视频，还可以通过IP Forwarding路由转发视频至计算机显示。主动抓取图片和存储功能：TBOX RTU可以以周期触发的方式，主动抓取单张图片，与数据报表关联实现周期上传。TBOX RTU在检测到入侵报警传感器或摄像机移动侦测报警输出时，可以主动延时抓取多张图片（典型3张），与数据报表关联实现报警上传。此报警图片可以存储于RTU的SD存储卡，实现WEB在线预览和远程回读。被动接收图片和存储功能TBOX RTU可以接收摄

12、像机在移动侦测时自动抓拍的图片，与数据报表关联实现报警上传。此图片可以存储于RTU的SD存储卡，实现WEB在线预览和远程回读。1.6. 内置WEB服务器功能TBOX RTU支持丰富的IP功能，实现高级报警管理、报表、过程控制和历史数据等SCADA功能，通过内置的WEB服务器功能可以提供在线人机界面功能，显示实时数据和报警状态，显示历史数据及历史曲线。集成简单易用的Web Server功能1.7. 天然气流量计量功能TBOX RTU支持国标天然气计量功能，执行GBT21446-2008标准和GBT17747.2标准，采用固件式、标准化的配置界面。TBOX已经将多年的天然气计量应用经验融合于功能的

13、实现过程，如天然气组分自动平衡，组分筛选，仪表参数和机械参数选项，执行状态反馈等。其计算精度和运算速度等技术性能超出了国标对流量计算机的要求。国标天然气计量固件计量固件测试报告1.8. 串口用户协议通讯能力TBOX RTU可以扩展16个RS232/485通讯接口，其通讯协议广泛支持Modbus标准通讯协议和厂家自定义通讯协议。对于厂家自定义通讯协议，TBOX RTU提供本地化技术开发服务，推出工程向导型的用户协议包固件（SerialDriverPKG），将大量厂家的非标协议统一为一套“可配置、可管理、可升级、可扩展”的应用软件包，如同配置标准Modbus通讯一样，把用户从纷繁的通讯协议和晦涩的

14、源代码中解脱出来，简化工程调试过程，实现标准化的重复应用。用户协议包固件选择与配置界面l 模块化的软件包作为标准的固件安装新添加的驱动“即插即用”多种通讯协议可以同时调用可面向OEM定制化应用l 工程向导型配置无需编程，标准化配置界面同步、方便地升级至最新版本面向能源管理、环保、安全和计量等应用l 新增通讯管理特性自动报告通讯状态显示通讯收发命令帧，便于调试统计通讯成功和失败次数设备离线后降级重试1.9. 以太网隔离网关功能无论任何目的的数据采集，都不应以影响生产控制系统的安全性或者增加潜在的运行风险为代价。T-BOX以太网隔离通讯网关与一般的定制化接口软件或单一的网络安全访问连接设备不同，通

15、过整合标准化软件技术和嵌入式硬件平台，实现多重通讯隔离，在不操作已建控制系统、不复杂化网络结构、不连接生产网络和管理网络的前提下，完成数据采集功能，是真正的子网隔离、网络隔离、协议隔离和数据隔离的安全数据采集方案。以太网隔离通讯网关应用示例1以太网隔离通讯网关应用示例21.10. 井站数字化系统典型配置名称型号描述数量背板MS-RACK-55槽背板1处理器MS-CPU3232-bit 处理器,2个以太网及2个RS232/485串口，64M内存，可扩展2G SD存储卡1GPRS通讯模块MS-GSM4频GSM/GPRS/3G通讯;GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900MHz;

16、集成1个RS232/485串口1模拟量输入模块MS-8AI-VC8通道，每通道支持4-20mA或1-5V，其中2路可组态支持RTD信号1开关量模块MS-16DIO16通道，24/48V,每路通道可用于DI或DO1连接太阳能供电输入连接1-2台网络摄像机扩展槽位智能仪器仪表通讯GSM/GPRS通讯模块AI模块DI/DO模块1.10.1. I/O规模和扩展能力TBOX井站数字化系统配置8路模拟量输入通道和16路DI/DO开关量通道，预留1个槽位的系统扩展能力，可以扩展模拟量、开关量或组合I/O模块以适应井站监控规模的调整。当所应用的井站监控规模变化较大时，可以使用10槽背板扩展足够的模拟量、开关量

17、模块以满足监控需求。1.10.2. 供电电压和系统功耗TBOX井站数字化系统可接受8-30VDC宽电压范围的直流电源供电，低功耗设计尤其适合采用太阳能、风能以及风光互补供电的远程监控系统应用。TBOX井站数字化系统正常运行时典型功耗为260mA12VDC，约3.2W。1.10.3. 通讯接口TBOX井站数字化系统配置了丰富的通讯端口，还可以扩展其他通讯选项，满足现场就地通讯需求和远程通讯连接。2个以太网口：连接1-2台网络摄像机，集成视频捕捉功能3个串行端口：可以连接井站智能设备或仪表，支持自定义通讯协议GSM/GPRS无线模块：可以工作于GSM短信模式通过特有的Read SMS短信功能发送系

18、统报警和控制现场设备和设置参数；工作于GPRS模式支持通用的SCADA通讯协议与中心站通讯或主动上报实时数据、历史数据和图片文件等。1.10.4. 通讯协议和通讯机制TBOX井站数字化系统支持Modbus，DNP3.0，IEC60870-5-101/104，SNMP等SCADA通讯协议以及支持丰富的IP功能，如SMTP/POP3协议，FTP/SFTP协议等。轮询通讯机制：响应中心站的周期轮询请求主动上报机制：定时或报警触发主动上报实时数据、历史数据和图片文件例外报告机制：当现场检测数据超过设定的阈值时，自动上报变化的数据通讯断点补传：通讯中断期间的数据可以按照数据记录的文件形式补传至中心站。T

19、BOX井站数字化系统支持自定义通讯协议，可以广泛兼容各种智能仪器仪表。1.10.5. 系统Modbus地址TBOX井站数字化系统支持65535个模拟量寄存器地址和65535个开关量寄存器地址，可以按照实际需求在此范围内分配变量的Modbus地址。2. TBOX RTU单元技术规格2.1. 控制器 - CPU32 处 理 器： PowerPC 32 bits, 266 MHz, 505 Mips (max.) 通 讯 口： 内置2 Ethernet、1 RS232、 1 RS485，可扩展至16个 内 存： Flash 16 MB，DRAM 64 MB，SD/MMC 2 GB 模 块 化： 热插

20、拔特性、支持双CPU冗余功能 IT 特 性： Web Server, email, FTP, IP forwarding 编 程： IEC1131-3, Basic及 C语言 通讯协议： MODBUS-TCP, DNP3.0, IEC60870-5, TCPIP, HTTP, SNMP 操作系统：嵌入式LINUX开放资源 其他功能： SoE，RBE，数据记录及协议转换处理器模块MS-CPU32技术规格处理器Power PC (MPC8248), 32 bits, 266 Mhz, 505 Mips (max.) 时钟Real time Clock, backed-up with Lithium

21、 battery 时钟精度典型: 3 sec. /day 按钮Push button: RUN -STOP -RESET LED On (green) ON= CPU powered, either by +Vin or by a MS-PSxxx Run/Stop 2 Hz=RUN ; 0.5 Hz=STOP Ala (red) 8 Hz= 报警指示Err (red) ON= 总线故障工作电源 输入电压8 . 30 VDC 总电源电流Max. 2 A I on Vcc=3.3V Max. 3 A I on Vp (input voltage -1V) Max. 1.5 A 功耗 400mA3

22、.3V内部电池时钟和RAM后备供电寿命供电条件: 10 years 断电条件: 265 days内存Flash 16 Mbytes (Boot Loader, Linux, OS, Application, Sources, Web & Report) SDRAM 64 Mbytes (Running part of Linux, OS, Application) SRAM 1 Mbytes (Datalogging, log, copy of Tags value) SD card (选项) Max. 2 Gbytes RS 232 口1个连接器 RJ 45接口标准接线TxD, Rx

23、D, RTS, CTS GND, DTR, DCD, RI通讯协议 ModBus-RTU Master / Slave，其他协议RS 485口1个连接器标准接线端子接线2 Wires + GND 通讯协议 ModBus-RTU Master and Slave ，其他协议端口保护过压保护 (共模模式) 以太网口 2 个独立RJ-45网口模式 100 BASE-TX (4 wires) Full Duplex 10/100 MbitsAuto-negotiation 接线AUTO MDI / MDIX通信协议ModBus/TCP Master and Slave, SMTP, FTP, HTTP

24、, NTP, Ping，其他网口隔离 1.5 kV 信号-Gnd 冗余支持CPU 槽位slot0 和 slot1 切换CPU Max. 2 sec. 2.2. 电源模块（选项）内置电池充电器，支持后备电池供电功能适用于宽电压范围的交流或直流输入支持电源冗余 MS-PS-DCN ： -60 to -24 VDC / +8 to +30 VDC MS-PS230V ： 85 to 265 VAC / 90 to 375 VDC电源模块-MS-PS-DCN技术规格输入电压: +24V +8 . +30 VDC 或-48V -60 . -24 VDC 输出功率 最大 30 W 输入电流最大 2 A 输

25、出电池充电器: 电池类型 Lead Acid Battery (VRLA) -充电模式常电流/ 限电压 -电压最大: 13.8 V -电流典型: 90 mA 总线输出电流 (Vcc=3.3V) 5 A 总辅助输出电流 最大. 1.5 A保护自动诊断CPU自动诊断 EMC protection 有过载和短路Max：1 sec/min 保险 标准玻璃管保险，可替换 2.3. I/O模块提供全系列I/O模块，支持各种工业信号LED状态指示运行状态和通道状态，提供模块自诊断代码高抗干扰性能、防尘性能和抗振动性能工业级隔离特性和通道保护支持热插拔特性，可以在线更换模拟量输入模块MS-8AIVC，每路可组

26、态接入信号: -10/+10V,-20mA/+20mA, 0-20mA, 4-20mA, 其中 2 路可组态接入热电阻信号开关量输入输出模块MS-16DIO，16路开关量混合模块，每路可组态DI或DO应用模拟量输入模块 MS-8AIVC通道数量 8 输入 功耗 90mA3.3V信号-各通道可选择输入信号类型4.20mA : 按照电流信号接线 -20.+20mA: 按照电流信号接线-10.+10V : 按照电压信号接线每组第一通道 Pt100 或 Pt1000 2线 : 按照电阻信号接线分辨率 -AD 转换 14 bits-电流5.85 A -电压 3 mV -温度 0.125 °C

27、模式双极 (各种信号) 输入类型Passive input. Input stage powered internally 精度25°C: -电流0.1% 满量程-电压 0.1%满量程-温度 0.5°C满量程输入阻抗: -电流 最大: 26.4 W -电压 最小: 100 kW 诊断CPU自动诊断 保护电流输入抗电压(最大. 30 VDC) 电压输入高阻抗 隔离 通道-地 有组隔离有隔离等级1500 Vrms 通道诊断有效性判断信号范围 2.4- 21.6mA之间有效 0：无效，1：有效开关量输入输出模块 MS-16DIO技术规格通道数量 16输入 功耗 90mA3.3VLED 通道状态每通道LED显示 隔离通道-地有组隔离有 隔离等级1500 Vrms DI 通道特性RC 滤波器1592 Hz 电压倒置<= 55 VDC EMC保护 有典型输入电压24 VDC 最大低电平5 VDC 最小高电平11 VDC 最大电压60 VDC 最大输入电流2.0 mA 30 VDC 4.5 mA 60 VDC 输入阻抗典型: 12 kW DO通道特性保护二极管 有，防止反生电压过载保护最大: 60 VDC 反生电压保护最大