1 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的內(nèi)容及特點(diǎn)
1）ZigBee 的定義。ZigBee 是無(wú)線通訊技術(shù)的一種，它主要是對(duì)功耗低、傳輸速率低的各種類型的電子產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在無(wú)線通訊領(lǐng)域它被普遍認(rèn)為是最適合工控場(chǎng)合運(yùn)用的無(wú)線設(shè)備。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 ZigBee 結(jié)構(gòu)圖
2）ZigBee數(shù)傳技術(shù)的特點(diǎn)。ZigBee 無(wú)線通訊技術(shù)與藍(lán)牙、紅外線通訊技術(shù)等無(wú)線通訊技術(shù)相比在系統(tǒng)開銷、電池壽命、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及傳輸率等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。①低功耗：ZigBee數(shù)傳模塊輸率為20/255Kbps，較低的傳輸率消耗的發(fā)射功率僅為1mW。低功耗的特點(diǎn)使ZigBee 無(wú)線模塊在運(yùn)行中指需要依靠很低的電量，不僅有超長(zhǎng)的使用壽命，還可以節(jié)省大量的電能。②低成本：由于功耗低，ZigBee模塊的投資成本也很低。目前，ZigBee 在40 元左右，受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)影響很快就會(huì)降低到20 元左右。③容量大：很多無(wú)線通訊技術(shù)由于容量小不適合現(xiàn)代企業(yè)快速發(fā)展的要求，而兩個(gè)星型結(jié)構(gòu)的ZigBee數(shù)傳模塊網(wǎng)絡(luò)可以容納500 個(gè)左右的從屬設(shè)備以及兩個(gè)主設(shè)備，具有超大容量。④安全性能高：ZigBee 數(shù)傳模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包需要經(jīng)過(guò)對(duì)方的接受確認(rèn)，系統(tǒng)才算正式完成工作，如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致發(fā)送失敗，還可以重新發(fā)送。另外，ZigBee 無(wú)線模塊通訊技術(shù)自身帶有安全檢查功能，各個(gè)應(yīng)用技術(shù)都可以通過(guò)檢查功能確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸是否安全。
2 ZigBee 在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用
ZigBee 無(wú)線模塊通訊技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)油水井生產(chǎn)信息的ZigBee數(shù)據(jù)采集及運(yùn)輸上，油水井通過(guò)ZigBee 無(wú)線模塊通訊技術(shù)不僅可以獲得穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)，受無(wú)線通訊技術(shù)本身的影響，還有效地控制了數(shù)據(jù)傳輸中產(chǎn)生的費(fèi)用，降低了油田企業(yè)建設(shè)的成本。
1）ZigBee 數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)。ZigBee數(shù)傳在油田數(shù)字化建設(shè)中的實(shí)際應(yīng)用主要分為三個(gè)層次：第一層是在油水井井口進(jìn)行ZigBee數(shù)據(jù)采集，主要是對(duì)傳感器與遠(yuǎn)程控制器之間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行ZigBee數(shù)據(jù)采集。第二層是收集遠(yuǎn)程控制器終端與ZigBee 基礎(chǔ)站點(diǎn)之間的通訊數(shù)據(jù)，主要使用2.4G 無(wú)線通訊技術(shù)。第三層主要是收集油田局域網(wǎng)內(nèi)的通訊數(shù)據(jù)，油田局域網(wǎng)內(nèi)的主要功能是將ZigBee 基站網(wǎng)關(guān)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，便于傳輸數(shù)據(jù)的收集與管理。ZigBee 數(shù)傳模塊網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。
圖2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)
2）油井中的數(shù)據(jù)傳輸距離。在ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)中，遠(yuǎn)程控制器終端與基站網(wǎng)關(guān)之間的距離對(duì)數(shù)據(jù)的接收有直接的影響，ZigBee 無(wú)線通訊技術(shù)具有近距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，因此，基站網(wǎng)關(guān)如果距遠(yuǎn)程控制器終端較近，不通過(guò)其他輔助工具就可以直接接收數(shù)據(jù)信息。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)圖顯示，遠(yuǎn)程控制器終端與基站網(wǎng)關(guān)之間的距離是無(wú)線通訊有效接收數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，一般情況下，ZigBee 接收的通訊距離為2000 米，受實(shí)際接收環(huán)境的影響，ZigBee 接收距離一般都達(dá)到2000 米以上。影響數(shù)據(jù)傳輸距離的不僅是ZigBee模塊的發(fā)射功率，發(fā)射、接收數(shù)據(jù)的天線質(zhì)量和高度也會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸距離。一般認(rèn)為，天線的假設(shè)高度與數(shù)據(jù)通訊距離成正比，另外傳輸距離和基站網(wǎng)關(guān)使用的天饋線長(zhǎng)度也有緊密聯(lián)系，天饋線越長(zhǎng)傳輸距離越遠(yuǎn)，信號(hào)質(zhì)量也就越差。
3）ZigBee 網(wǎng)絡(luò)控制油井?dāng)?shù)量。區(qū)域組網(wǎng)時(shí)，按照一般情況，一個(gè)基站網(wǎng)關(guān)所能帶的油井為250 個(gè)左右，但在油田企業(yè)的實(shí)際運(yùn)用中最多只能帶動(dòng)50 個(gè)油井。主要原因是油井?dāng)?shù)量上傳時(shí)間太短，基站網(wǎng)關(guān)的油井?dāng)?shù)與上傳數(shù)據(jù)周期的時(shí)間成正比，這個(gè)過(guò)程在操作中很難控制，是問(wèn)題的多發(fā)地帶，基站網(wǎng)關(guān)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就直接減少油井的數(shù)量。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量減少每個(gè)基站網(wǎng)關(guān)所帶的油井?dāng)?shù)量，從而保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。
4）基站網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。功圖數(shù)據(jù)是每個(gè)油井傳輸?shù)闹饕獢?shù)據(jù)，每幅功圖數(shù)據(jù)由120 個(gè)點(diǎn)組成，一共占240 個(gè)寄存器地址，每個(gè)油井一次上傳數(shù)據(jù)大約為250 個(gè)寄存器地址500個(gè)左右的字節(jié)，加上通信握手、呼叫等待、重新發(fā)送等時(shí)間，一口油井完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)踐為15 s 左右。以此計(jì)算，100 口油井全部數(shù)據(jù)的上傳時(shí)間大約為1500 s，也就是26 分鐘左右，綜合以上計(jì)算，每個(gè)基站網(wǎng)關(guān)的全部數(shù)據(jù)成功傳輸時(shí)間大約為15 分鐘。
3 結(jié)論和建議
1）結(jié)論。ZigBee 技術(shù)在油田企業(yè)建設(shè)中主要應(yīng)用在油水井生產(chǎn)信息的ZigBee數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)中，綜合分析ZigBee數(shù)傳在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用可以看出ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)從基礎(chǔ)組網(wǎng)建設(shè)到協(xié)議轉(zhuǎn)換再到數(shù)據(jù)上傳時(shí)間，都符合低功耗、低費(fèi)用以及安全可靠的特點(diǎn)，它不僅實(shí)現(xiàn)能力生產(chǎn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，還有效地節(jié)約了企業(yè)生產(chǎn)投入資金，促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)滿足了油田企業(yè)自動(dòng)化建設(shè)的需要，是一項(xiàng)符合現(xiàn)代科技發(fā)展需求、能夠短距離無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。
2）建議。油田企業(yè)對(duì)ZigBee 數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中應(yīng)用的認(rèn)識(shí)逐漸清晰并加深，結(jié)合ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用分析可以看出，借助ZigBee 無(wú)線模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮網(wǎng)絡(luò)通訊的數(shù)據(jù)量，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的實(shí)際情況設(shè)置最合適的網(wǎng)關(guān)數(shù)量，保障通訊過(guò)程中所有數(shù)據(jù)正常通訊。
ZigBee 數(shù)傳模塊網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中已經(jīng)取得了良好的效果，油田企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)也可以采用ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，不僅可以提高施工效率，節(jié)省建設(shè)成本，還可以降低信號(hào)線的管理、保證工作量。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)ZigBee模塊在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用的分析，ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)從數(shù)據(jù)傳輸實(shí)踐、穩(wěn)定性和安全性上都符合我國(guó)油田數(shù)字化建設(shè)，在油水井的信息收集工作中已經(jīng)取得了良好的效益。ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅可以推動(dòng)油田企業(yè)的數(shù)字化建設(shè)，還可以減少企業(yè)建設(shè)成本，保障企業(yè)快速發(fā)展。