克拉瑪依油田地處遠離市區(qū)的荒漠地帶，目前許多采油區(qū)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(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)建設(單井數(shù)據(jù)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(huán)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(shù)據(jù)無法采集傳輸?shù)骄W(wǎng)關(網(wǎng)絡設備)。為能從根本上解決現(xiàn)存問題，經(jīng)研究和實驗測試確定，需實施引用一批數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集器(數(shù)據(jù)采集中繼)產(chǎn)品設計制造及現(xiàn)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(xiàn)行有關標準。列表如下：

GB/T 34039-2017 遠程終端單元(RTU)技術規(guī)范

GB 30439.1-2013 工業(yè)自動化產(chǎn)品安全要求

HG/T 20507-2014 自動化儀表選型設計規(guī)范

GB/Z 16656.1002-2010 工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成，產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達與交換

GB 50093-2013 自動化儀表工程施工及質量驗收規(guī)范(附條文說明)

GB50055-2011 通用用電設備配電設計規(guī)范

一、數(shù)據(jù)采集中繼設備構成與工作原理

數(shù)據(jù)采集中繼器由Digi ZigBee協(xié)調器、數(shù)據(jù)采集中繼器(路由)兩個核心數(shù)據(jù)處理單元構成。數(shù)據(jù)采集中繼器內置Digi ZigBee協(xié)調器，用于接收附近多個相同網(wǎng)絡識別碼A11+GRM協(xié)議變送器數(shù)據(jù)，由內部總線傳遞到數(shù)據(jù)中繼路由模塊，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，經(jīng)壓縮處理后，通過ZigBee無線網(wǎng)橋鏈路，實施無線遠程傳輸?shù)骄W(wǎng)關設備。

數(shù)據(jù)采集中繼器是實時路由轉發(fā)設備，可鏈接多個數(shù)據(jù)采集設備或中繼器，當接收到無線采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)時,即刻轉發(fā)到無線網(wǎng)橋鏈路直至數(shù)據(jù)網(wǎng)關。

數(shù)據(jù)采集中繼器可實時雙向通信，當接收到數(shù)據(jù)網(wǎng)關下傳指令時，即刻轉發(fā)給控制單元處理完成相應的控制操作。

數(shù)據(jù)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(jù)需要選配不同的功能模塊插件。數(shù)據(jù)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(jù)現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡建設

克拉瑪依油田重油作業(yè)區(qū)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(yè)區(qū)只有部分的管理站實現(xiàn)了光纖網(wǎng)絡通信，有些區(qū)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(wǎng)絡結構，存在大量的通信盲區(qū)和網(wǎng)絡死角。采用ZigBee網(wǎng)橋與樹狀采集傳輸網(wǎng)絡，是目前實現(xiàn)規(guī)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(wǎng)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(yè)區(qū)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(jù)不同的地形選址的經(jīng)驗及技術措施。

數(shù)據(jù)采集傳輸網(wǎng)絡示意圖：

四、系統(tǒng)設備性能及技術指標

1. 數(shù)據(jù)采集中繼器傳輸采用無線2.4G開放頻段，數(shù)據(jù)采集中繼器直傳距離500米(空曠地段無轉發(fā)1km)，通過ZigBee網(wǎng)橋覆蓋區(qū)域直徑2000米，通過路由可實現(xiàn)無盲點通信;

2. 數(shù)據(jù)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(tài)和手動/自動狀態(tài);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(xié)議MODBUS-RTU;

3. 數(shù)據(jù)采集中繼器無休眠運行工作，能夠自動復位聯(lián)網(wǎng)(采集器具備自動復位連網(wǎng)功能，當終端與采集網(wǎng)絡失聯(lián)時，采集終端系統(tǒng)軟件自動復位連網(wǎng)，直至連接成功)。

4. 系統(tǒng)設備能夠適應新疆油田惡劣環(huán)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(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關可配置劃分油井管理區(qū)域范圍，能夠自動檢測和標識管理區(qū)域內設備運行狀態(tài)及故障，能夠配置網(wǎng)絡接口(網(wǎng)關、掩碼、油田私網(wǎng)IP和外網(wǎng)IP),適應Modebus TCP通信協(xié)議與后臺組態(tài)管理系統(tǒng)對接;

6. 系統(tǒng)網(wǎng)絡通信設備支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版(IPV6);

7. 系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠適應惡劣環(huán)境及高寒高溫氣候條件下運行，平均數(shù)據(jù)上線率98%以上(人為造成的故障除外);

8. 系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集器設備主要用于中繼擴展A11+GRM協(xié)議設備DIGI ZigBee通信傳輸距離達500米以上，實時采集A11+GRM協(xié)議設備數(shù)據(jù)和轉發(fā)，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(guī)避土丘坑洼遮擋障礙，通過ZigBee無線網(wǎng)橋(中繼鏈路)實現(xiàn)采油區(qū)無盲點通信監(jiān)控，保障油田無敷設公網(wǎng)通信設施區(qū)域的雙向通信和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)上線率。

2.數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)品用于新疆油田抽油機(井)工況參數(shù)采集與無線遠程傳輸及實時監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)建設。

3.數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)品能夠適應新疆油田惡劣環(huán)境與氣候條件下使用，其技術指標能夠滿足不同作業(yè)區(qū)(稀油、稠油熱采)生產(chǎn)上的實際需求。

4.數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)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(wǎng)功能;4)簡單易用，穩(wěn)定可靠，性價比高。

審核編輯：湯梓紅