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基于SCDMA的SCADA系统在辽河油田的应用

作者:李凯全,辽河油田通信公司2009.09.30阅读 13536

  油井远程数据采集和监视控制系统,简称油井SCADA系统,是目前油田往数字化方向发展的重要基础,对于采油厂的安全生产、管理、节能、降低人员劳动强度等,具有极为重要的意义,目前已在各大油田获得了相关人员的重视。SCADA系统,主要实现的是遥测、遥信、遥控、遥调以及遥视“五遥”功能控制工程网版权所有,由于油井大多在野外,现场环境条件恶劣,分布面积广泛,所以在软件、通信、测控、传感器、变送器等方面,需要一套更加可靠稳定的油井SCADA系统,满足用户的实际需要。

图1 油井监控现场
图1 油井监控现场

  辽河油田金马采油厂洼15站油井SCADA系统,整合了现有的成熟的软件、通信、测控等多种技术资源,实现了对现场数据、视频、语音三种功能的综合。其中CONTROL ENGINEERING China版权所有,通信采用了北京信威通信股份有限公司的McWiLL,保障了通信的畅通,为实现综合监控提供了通信手段。  

图2  McWiLL系统拓扑图
  图2  McWiLL系统拓扑图

  McWiLL系统组成
  北京信威通信股份有限公司的McWiLL(Multi-carrier Wireless information local loop)是基于SCDMA技术平台开发的完全自主知识产权移动宽带系统(拓扑图

如图2所示)。McWiLL为全IP架构,由终端设备CPE、基站系统BS以及网元管理系统EMS三个部分组成www.cechina.cn,以透明传输的方式,从建立现场到监控中心的数据传输通道。其中CONTROL ENGINEERING China版权所有,终端设备CPE完成现场RTU(远程测控终端)设备与无线网络的连接,将RTU的测控数据经过以太网接口与终端设备CPE的以太网接口相连,完成现场数据的上传和中心控制命令的下传。基站系统完成用户端CPE与骨干网络的连接,包括基站传输系统BTS以及射频系统RFS两部分。网元管理系统EMS完成对无线系统中的所有终端设备CPE、基站系统的设备管理、系统监控、权限管理、带宽分配等操作, 并和监控中心的软件通过网络进行数据交换。
 
  McWiLL的系统特点
  ■  带宽高
  McWiLL平均每个终端的实际数据速率可达1~3Mbps,McWiLL基站在5MHz带宽上单扇区容量达到15Mbps,三扇区设置可以提供45Mbps容量,在频率资源充裕时采用多基站堆叠可实现每个小区超过100Mbps的总容量。McWiLL双工方式为TDD,共有8个时隙,上下行带宽分配比例可以灵活调整,如1:7、2:6、4:4、7:1等。为实现油井SCADA系统现场井群的视频监控提供了可能。

  ■  链路预算高
  McWiLL的链路预算可高达160~165dB,比其他宽带系统高约15dB,较高的链路预算带给McWiLL诸多方面的优势,除了使系统拥有更大覆盖范围外,McWiLL能够比其他系统提供更高的衰落裕量从而改善系统移动性,提升了系统容量和非视距性能,而且降低了终端发射功率,在油井监控系统中可以实现部分井群的通信覆盖。

  ■  频谱利用率高
  McWiLL采用CS-OFDMA多载波技术,将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。由于频率是不可再生的资源,并且宽带接入系统所要求的频率资源将比语音通信系统高64倍,因此同频组网对一个宽带接入系统尤为重要。McWiLL特有的CS-OFDMA技术码扩功能类似于码分多址技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,有很强的抗邻区同频干扰的功效;McWiLL在物理层和高层协议上做了特殊设计,使智能天线的空间零陷技术得到最大程度的发挥,消除邻区同频干扰;McWiLL在物理层和高层协议作了特殊设计,使动态信道分配技术根本去除了上两种技术无法消除的同频干扰。McWiLL将增强智能天线零陷技术与CS-OFDMA技术有机融合,能够实现真正的“1×1”同频组网,并且在同频组网情况下性能稳定控制工程网版权所有,确保在油井SCADA系统现场通信的稳定性。

  ■  支持大量用户并发
  McWiLL系统采用了8kbps的细颗粒度带宽分配机制,单扇区支持双向各300个并发信道,提供无可比拟的大量用户并发能力,十分适合上述大量窄带语音和数据传输的系统容量需求。McWiLL的高用户并发容量使每线成本显著降低,使运营商有足够的利润空间争夺无线话音业务市场,同时为大量的行业用户数据传输需求提供高质量低成本的“无线DDN”业务。实现油井SCADA系统现场大量RTU通信的并发实时通信,提升整个系统的扩展能力和响应速度,为SCADA系统在后续的数据分析和挖掘打下基础。

  ■  宽带数据与窄带语音融合
  McWiLL借鉴了窄带和宽带系统的优缺点,采用CS-OFDMA技术使窄带信道的每个数码分布到多个相距一点间隔的频点上,从而解决平滑了个别频点的衰落问题。另外智能天线对每个频点分别进行波束赋形也增加了窄带信道的稳定性。在宽带系统里,分配许多窄带带宽将意味着存在大

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