隨著通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展,“數(shù)字油田”和“智慧油田”等概念相繼被提出,并且在逐步的實現(xiàn)、發(fā)展和完善,使得油氣開采成本大大降低,開采效率顯著提高。而在發(fā)展中,一些通訊技術(shù)的缺點成為了發(fā)展的瓶頸,如Modbus通訊技術(shù)在井口遠(yuǎn)程控制單元中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),其通訊方式單一,數(shù)據(jù)吞吐量低,通訊效率低等缺點,限制了油氣田向更加智能的方向發(fā)展。本文就這一問題,提出了使用POWERLINK技術(shù)對油氣田數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)慕鉀Q方案,該方案主要根據(jù)POWERLINK通訊技術(shù)的特性,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類傳輸。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析分類后,設(shè)計了相應(yīng)的傳輸模式,并依據(jù)分類結(jié)果提出使用RTU對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類采集,提升網(wǎng)絡(luò)效率,給出了數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)恼w系統(tǒng)設(shè)計,最后根據(jù)應(yīng)用需求對數(shù)據(jù)采集單元RTU進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計,從而解決了油氣田通訊技術(shù)落后的問題,使“智慧油田”這一概念得到實現(xiàn)。通過將POWERLINK程序下載到RTU設(shè)備中運行,并使用Wireshark抓取其周期產(chǎn)生的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行分析,結(jié)果表明其周期分為SoC和SoA兩個階段,同時在SoA階段通過PReq和Pres兩種數(shù)據(jù)幀進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,在SoA階段通過ASnd數(shù)據(jù)幀進(jìn)行異步數(shù)據(jù)的傳輸,與提出的將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類傳輸?shù)睦砟钕喾?證明了該設(shè)計方案的可行性。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN919.1;TE938
【部分圖文】：

圖 2-1 POWERLINK 七層 OSI 模型是其物理層。POWERLINK 物理層采用的是 IEEE802.3 快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，給 POWERLINK 帶來以下優(yōu)勢：易于實現(xiàn)。無論在 PC 機，還是帶有以太網(wǎng)接口的 ARM 開發(fā)板，或者以太網(wǎng)接口的設(shè)備，都可以實現(xiàn) POWERLINK 技術(shù)，而不需要專用的 A成本低廉。正是因為它的易于實現(xiàn)，不需要專用芯片，而現(xiàn)今大多數(shù)于 ARM 平臺的，這些 ARM 基本都帶有以太網(wǎng)接口，故不用購買專用其他硬件，就可以實現(xiàn) POWERLINK 技術(shù)，大大降低了成本預(yù)算。另開放也是其實現(xiàn)成本低廉的一個重要原因。技術(shù)發(fā)展�；� IEEE802.3 標(biāo)準(zhǔn)，就是基于標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，POWER的肩膀上，隨著這個“巨人”發(fā)展，自身也將得到發(fā)展。在未來，以太，甚至更高數(shù)量級的速度，屆時 POWERLINK 只要在硬件驅(qū)動上稍作高的傳輸速率。是其數(shù)據(jù)鏈路層。貝加萊最初開發(fā) POWERLNIK 的目的是供自身內(nèi)部生產(chǎn)自動化控制領(lǐng)域創(chuàng)建一套解決方案，并建立一個可高性強、實時性

的配置表和分配的時間槽，在授權(quán)的情況下，按照時序發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這種機制的優(yōu)點在于系統(tǒng)運行時，每個時間片內(nèi)，只有一個站點在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞該機制很短的循環(huán)周期，完全可以滿足工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)崟r性的要求。最后是其應(yīng)用層。由上圖我們可以看到，POWERLNIK 應(yīng)用層采用 CANopen 協(xié)議，該協(xié)議是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場協(xié)議，在自動化控制領(lǐng)域中有其大量的應(yīng)用。EPSG 組織早期就完成了 POWERLNIK 和 CANopen 的集成，為 POWERLNIK 的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)CANopen 在工業(yè)領(lǐng)域中有良好的 SDO（Service Data Object，服務(wù)數(shù)據(jù)對象）和 PDO（ProcesData Object，過程數(shù)據(jù)對象）數(shù)據(jù)定義，以及數(shù)據(jù)字典（OD，Dictionary），這三部分使得該協(xié)議為應(yīng)用程序提供了一個統(tǒng)一的接口，使得不同的是設(shè)備與應(yīng)用程序有統(tǒng)一的訪問方式[24]。2.2.2 POWERLNIK 通信機制一個完整的 POWERLNIK 通信周期包含等時同步階段，異步階段和空閑階段。POWERLNIK 周期從一個 SoC（Start of Cycle）幀發(fā)送開始到下一個 SoC 幀發(fā)送前截至。其完整周期如圖 2-2 所示。

圖 2-3 Preq/Pres 模式從上圖可以看出，Preq/Pres 模式就是主站依次給網(wǎng)絡(luò)中的從站發(fā)送 Preq 幀，請（request）從站發(fā)送數(shù)據(jù)，從站接收到 Preq 幀后，做出響應(yīng)（response），以廣播的方發(fā)送 Pres 幀，該幀可以被網(wǎng)絡(luò)中的所有站點接收，各個站點根據(jù)幀內(nèi)容判斷是否做出響應(yīng)這就是 POWERLNIK 技術(shù)的一個重要特性——直接交叉通信[25]，該通信模式主要有以兩點好處：a) 減少主站負(fù)載。從站相關(guān)數(shù)據(jù)可以直接傳遞，不用經(jīng)過主站，減少主站工作量；b) 系統(tǒng)效率更高。若有些數(shù)據(jù)需要多個站點相互交換，站點間直接進(jìn)行通信，而必上傳至主站再下發(fā)至各個站點將會提高系統(tǒng)的整體效率。（2）PRC 模式該模式的通信方式如圖 2-4 所示。
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本文編號：2864600