一种数字化油田分布式主RTU系统及井口RTU网络通讯中继方法

摘要

本发明公开了一种数字化油田分布式主RTU系统及井口RTU网络通讯中继方法，包括：1)加载任务监护集合；2)扫描节点网络，判别并记录活动节点；3)由上位数据通讯处理模块接收上位站控系统下达任务指令；4)任务中继处理单元实现对测控任务指令解析处理；5)在任务记录处理单元中对测控任务指令进行搜索与匹配；6)选择进行直接或间接中继处理，完成本次网络通讯中继过程；7)重复上述步骤1)至6)，循环网络通讯中继过程。本发明利用多节点井口RTU网络通讯中继方法，解决了原有系统中有效数据丢失严重的问题，极大地提高了原有网络的通讯响应成功率，实际有效数据达到了95％以上；从而实现通讯数据可靠、无损地完成传输。

说明书

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种数字化油田分布式主RTU系统以 及多节点井口RTU通讯中继方法，用于井场特殊工况下通讯数据的中继传输及 井口RTU的自主管理。

背景技术

目前在数字化油田中为了能有效地发现油井、地层、油藏的变化，可用油 井远程测控系统，通过在抽油机上安装位移传感器和载荷传感器，检测抽油机 的工况，实时在线监测抽油机工作参数，及时发现故障并报警，及时维护。在 每个井口安装一台RTU检测井口注水阀组间数据和抽油机数据，由于大多数井 场分布在山川旷野之中，因此现有的井口RTU一般采用485有线结合 433MHz无线透传方式传送至站控系统进行监控，RTU每天采集大量数据，但 实际有效数据不足70％，存在数据丢失严重，历史数据不可追溯等问题。并且 在上位站控系统定期维护或通讯失联的情况下，下位井口RTU处于非自主维持 状态，无法现场提取功图、无法及时发现故障，更无法及时进行故障应急处理， 不能够自主地、安全地进行系统作业，不能够第一时间响应故障状态，影响井 场生产效率，并可能带来重大生成安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种数字化油田分布式主RTU 系统，利用多节点井口RTU网络通讯中继方法，解决了原有系统中有效数据丢 失严重的问题，实际有效数据达到了95％以上，同时在与上位站控系统失联的 情况下，仍然可以进行功图信息处理、脱机工作处理和故障应急处理，保证井 场高效地、安全地、持续的完成自主作业。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种数字化油田分布式主RTU系统，该RTU系统包括：

——上位数据通讯处理模块，由网络通讯器组件构成，用于同上位站控系 统进行通讯；

——RTU网络通讯中继处理模块，包括子网扫描处理单元、任务中继处理 单元、任务监护处理单元和任务记录处理单元，用于将上位数据通讯处理模块 传输的上位站控系统的数据无损中继后，通过下位数据通讯处理模块传输至系 统下位井口RTU网络；

——下位数据通讯处理模块，由串行收发器组件构成，用于同系统下位井 口RTU网络进行通讯；

所述上位数据通讯处理模块得到上位站控系统的RTU网络通讯内容输送至 RTU网络通讯中继处理模块进行数据无损中继，中继后的数据由下位数据通讯 处理模块传输至系统下位井口RTU网络；或者下位数据通讯处理模块得到下位 井口RTU网络通讯内容输送至RTU网络通讯中继处理模块进行数据无损中继， 中继后的数据由上位数据通讯处理模块传输至上位站控系统，从而完成控系统 与数字化油田系统末梢多节点井口RTU网络通讯。

进一步地，所述子网扫描处理单元用于扫描系统下位井口RTU网络中节点 状态，同时将扫描到的节点标识记录；

所述任务中继处理单元用于处理上位数据通讯处理模块接收到的任务指 令；

所述任务监护处理单元用于轮询当前下位井口RTU网络中活动的节点，反 复执行预定义的监护任务集合中的任务；

所述任务记录处理单元用于记录和维护子网扫描处理单元、任务中继处理 单元、任务监护处理单元，以及包括下位井口RTU网络的工作参数信息、工作 状态信息、工况控制动作执行信息的处理过程信息。

进一步地，所述任务中继处理单元直接中继上位数据通讯处理模块与下位 数据通讯处理模块之间的通讯内容。

进一步地，所述任务中继处理单元从任务记录处理单元获取任务监护状态， 通过上位数据通讯处理模块回复已完成监护的任务结果，间接中继上位数据通 讯处理模块与下位数据通讯处理模块之间的通讯内容。

进一步地，RTU系统进一步包括：

前置管理功能模块，前置管理功能模块包括功图信息处理单元、脱机工作 处理单元和故障应急处理单元，用于上位站控系统失联情况下进行前置管理， 允许现场调看功图信息、实施持续自主系统作业和处理发生的紧急故障；

所述前置管理功能模块与RTU网络通讯中继处理模块相连。

进一步地，所述功图信息处理单元用于处理和调看任务记录处理单元所记 录的历史功图信息。

进一步地，所述脱机工作处理单元用于控制下位井口RTU网络进行自主系 统作业。

进一步地，所述故障应急处理单元用于控制下位井口RTU网络在产生紧急 故障时采取响应的应急措施。

相应地，本发明进而给出了一种数字化油田站控系统与末梢多节点井口 RTU网络通讯中继方法，该方法包括下述步骤：

1)加载任务监护集合，该集合是根据系统中通讯内容提取的常用任务列表；

2)扫描节点网络，判别并记录当前网络所有活动节点；

3)由上位数据通讯处理模块接收上位站控系统下达的测控任务指令；

①收到上位站控系统下达的测控任务指令时，进入步骤4)执行任务指 令解析处理；

②未收到上位站控系统下达的测控任务指令时：

a任务监控空闲时，重新执行子网扫描，保存子网扫描处理结果后返 回至步骤1)；

b任务监控正忙时，继续执行任务监控，保存任务监控处理结果后返 回至步骤1)；

4)任务中继处理单元实现对测控任务指令解析处理；

①判别符合直接中继规则时，进入步骤6)执行直接中继处理；

②判别不符合直接中继规则时，进入步骤5)进行搜索与匹配处理；

5)在任务记录处理单元中对测控任务指令进行搜索与匹配；

6)选择进行直接或间接中继处理，完成本次网络通讯中继过程；

①如果测控任务指令匹配成功，通过上位数据通讯处理模块回复已完成 监护的任务结果至上位站控系统，保存间接中继的过程数据，完成本次 通讯的间接中继处理过程；

②如果测控任务指令匹配失败，通过下位数据通讯处理模块转发未匹配 的测控任务指令，并将下位数据通讯处理模块接收的任务结果通过上位 数据通讯处理模块回复至上位站控系统，保存直接中继的过程数据，完 成本次通讯的直接中继处理过程；

7)重复上述步骤1)至6)，循环网络通讯中继过程。

本发明RTU网络通讯中继处理模块能够自主地、适时地、智能地实施井 口RTU子网节点扫描、自动选择任务代理方式完成网络中继、优选执行预定义 的监护任务集合中的任务、大量可靠完整有序地保存任务监护处理单元的处理 结果。

本发明相对于现有技术，具有下述有益效果：

1)发明的RTU网络通讯中继处理模块，采用了任务记录处理单元中对通讯 数据进行大容量持久化存储，可以明显降低数据的缺失、碎片化现象，使历史 数据具有可追溯性；

2)发明的RTU网络通讯中继处理模块，通过任务中继处理单元以间接中继 方式最大限度的回传历史状态数据，使得在下位井口RTU网络中的数据丢失或 遭到破坏的情况下，仍然可以成功响应上位站控系统大部分任务指令，极大地 提高了原有网络的通讯响应成功率；

3)发明的RTU网络通讯中继处理模块，通过任务中继处理单元以直接中继 方式可以在下位井口RTU通讯链路不稳定的情况下进行多次重试处理，从而实 现通讯数据可靠、无损地完成传输；

4)发明的前置管理功能模块，通过功图信息处理单元可以在油井现场数字 化油田分布式主RTU系统前完成功图信息的调看；

5)发明的前置管理功能模块，通过脱机工作处理单元可以在上位站控系统 失联情况下，仍然保证下位井口RTU自主地、持续的完成系统作业，提高了原 有井场作业时间；

6)发明的前置管理功能模块，通过故障应急处理单元可以在上位站控系统 失联情况下，当出现下位井口RTU出现故障或油井作业故障时，及时地进行故 障应急处理，保证井场的生产作业安全；

7)发明利用多节点井口RTU网络通讯中继方法，解决了原有系统中有效数 据丢失严重的问题，实际有效数据达到了95％以上；

8)发明利用数字化油田分布式主RTU系统，解决了原有系统中失联状态下 无法自主持续作业，无法现场提取功图、无法及时发现故障，更无法及时进行 故障应急处理的问题，有效保证了井场高效地、安全地、持续的完成自主作业。

本发明系统有效地避免了原有数字化油田系统中的网络竞争拥挤、最大化 地保存数字化油田系统末梢多节点井口RTU的状态数据，保证了历史数据的安 全性和可靠性，明显地降低数据的缺失、碎片化现象，极大地提高了原有网络 的通讯响应成功率；在数字化油田分布式主RTU系统与上位站控系统失联的情 况下，仍然可以进行自主地、安全地、持续地系统作业，提高了井场作业时间， 保障了井场作业安全。

附图说明

图1是本发明数字化油田分布式主RTU系统应用结构框图。

图2是本发明数字化油田分布式主RTU系统结构框图。

图3是本发明一种多节点井口RTU网络通讯中继方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明系统应用框图，本发明数字化油田分布式主RTU系 统通过上位站控系统呈网络分布形式，分布式主RTU系统连接有若干个下位井 口RTU网络。

如图2所示，本发明的数字化油田分布式主RTU系统，包括上位数据通讯 处理模块1、下位数据通讯处理模块2及RTU网络通讯中继处理模块3，其中，

上位数据通讯处理模块1，由网络通讯器组件构成，用于同上位站控系统进 行通讯；

RTU网络通讯中继处理模块3，包括子网扫描处理单元4、任务中继处理 单元5、任务监护处理单元6和任务记录处理单元7，用于将上位数据通讯处理 模块1传输的上位站控系统的数据无损中继后，通过下位数据通讯处理模块2 传输至系统下位井口RTU网络；RTU网络通讯中继处理模块能够自主地、适时 地、智能地实施井口RTU子网节点扫描、自动选择任务代理方式完成网络中继、 优选执行预定义的监护任务集合中的任务、大量可靠完整有序地保存任务监护 处理单元的处理结果。

下位数据通讯处理模块2，由串行收发器组件构成，用于同系统下位井口 RTU网络进行通讯；

其中，上位数据通讯处理模块1得到上位站控系统的RTU网络通讯内容输 送至RTU网络通讯中继处理模块3进行数据无损中继，中继后的数据由下位数 据通讯处理模块2传输至系统下位井口RTU网络；或者下位数据通讯处理模块 2得到下位井口RTU网络通讯内容输送至RTU网络通讯中继处理模块3进行 数据无损中继，中继后的数据由上位数据通讯处理模块1传输至上位站控系统， 从而完成控系统与数字化油田系统末梢多节点井口RTU网络通讯，并且过程中 的通讯数据可以自动完成持久化存储。

在网络通讯中级处理系统中，子网扫描处理单元4用于扫描系统下位井口 RTU网络中节点状态，同时将扫描到的节点标识记录。任务中继处理单元5用 于处理上位数据通讯处理模块1接收到的任务指令。任务监护处理单元6用于 轮询当前下位井口RTU网络中活动的节点，反复执行预定义的监护任务集合中 的任务。任务记录处理单元7用于记录和维护任务监护处理单元6的处理结果。

任务中继处理单元5能够直接中继上位数据通讯处理模块1与下位数据通 讯处理模块2之间的通讯内容。任务中继处理单元5可以从任务记录处理单元7 获取任务监护状态，通过上位数据通讯处理模块1回复已完成监护的任务结果， 间接中继上位数据通讯处理模块1与下位数据通讯处理模块2之间的通讯内容。

本发明的系统中还设置了前置管理功能模块8，前置管理功能模块8包括功 图信息处理单元9、脱机工作处理单元10和故障应急处理单元11，用于上位站 控系统失联情况下进行前置管理，允许现场调看功图信息、实施持续自主系统 作业和处理发生的紧急故障；前置管理功能模块8连接在RTU网络通讯中继处 理模块3与上位数据通讯处理模块1之间。

其中，在前置管理功能模块8中，功图信息处理单元9能够处理和调看任 务记录处理单元7所记录的历史功图信息。脱机工作处理单元10能够从任务记 录处理单元7获取任务监护状态，分析下位井口RTU网络工作状态，通过网络 通讯中继模块3经过下位通讯处理模块2与下位井口RTU网络进行任务通讯， 进行正常系统作业调控。故障应急处理单元11能够在脱机工作处理单元10判 定下位井口RTU网络工作状态出现故障情况下，通过网络通讯中继模块3经过 下位通讯处理模块2与下位井口RTU网络进行任务通讯，及时地进行故障应急 处理。

图3所示，本发明的数字化油田站控系统与末梢多节点井口RTU网络通讯 中继方法，通过下述步骤实现：

1)加载任务监护集合，该集合是根据系统中通讯内容提取的常用任务列表；

2)扫描节点网络，判别并记录当前网络所有活动节点；

3)由上位数据通讯处理模块1接收上位站控系统下达的测控任务指令；

①收到上位站控系统下达的测控任务指令时，进入步骤4)执行任务指 令解析处理；

②未收到上位站控系统下达的测控任务指令时：

a任务监控空闲时，重新执行子网扫描，保存子网扫描处理结果后返 回至步骤1)；

b任务监控正忙时，继续执行任务监控，保存任务监控处理结果后返 回至步骤1)；

4)任务中继处理单元5实现对测控任务指令解析处理；

①判别符合直接中继规则时，进入步骤6)执行直接中继处理；

②判别不符合直接中继规则时，进入步骤5)进行搜索与匹配处理；

5)在任务记录处理单元7中对测控任务指令进行搜索与匹配；

6)选择进行直接或间接中继处理，完成本次网络通讯中继过程；

①如果测控任务指令匹配成功，通过上位数据通讯处理模块1回复已完 成监护的任务结果至上位站控系统，保存间接中继的过程数据，完成本 次通讯的间接中继处理过程；

②如果测控任务指令匹配失败，通过下位数据通讯处理模块2转发未匹 配的测控任务指令，并将下位数据通讯处理模块2接收的任务结果通过 上位数据通讯处理模块1回复至上位站控系统，保存直接中继的过程数 据，完成本次通讯的直接中继处理过程；

7)重复上述步骤1)至6)，循环网络通讯中继过程。

本发明数字化油田站控系统与末梢多节点井口RTU网络通讯中继方法，有 效地避免了原有数字化油田系统中的网络竞争拥挤、最大化地保存数字化油田 系统末梢多节点井口RTU的状态数据，保证了历史数据的安全性和可靠性，明 显地降低数据的缺失、碎片化现象，极大地提高了原有网络的通讯响应成功率。

具体实施方法的内容如下：

假如上位站控系统发出读取某下位井口RTU网络功图数据任务指令，首先 由上位通讯处理模块接收该任务指令，然后由网络通讯中继处理模块中的任务 中继处理单元判断当前任务指令是否符合直接中继规则，由于该指令已经包含 在监护任务集合之内，所以不符合直接中继规则，再查询任务记录处理单元中 的任务监护记录是否已经存在本次任务的监护结果，如果匹配到任务监护记录， 则通过上位通讯处理模块回复该任务指令的任务监护处理结果到上位站控系 统，完成当前任务指令的间接中继过程；如果没有匹配到任务监控记录，则通 过下位通讯处理模块向下位井口RTU网络代理发送当前任务指令，等待接收到 下位井口RTU网络处理结果后，通过上位通讯处理模块发送至上位站控系统， 完成当前任务指令的直接中继过程。

假如上位站控系统正在查询其他站点信息时，当前系统就不会收到上位站 控系统的任务指令，此时，网络通讯中继处理模块中的任务监护处理单元会执 行预定义的监护任务集合中的任务，对所有活动的下位井口RTU网络进行轮询 处理，通过算法评估任务监护处理单元中的任务时间，当任务时间充裕时，判 定工作空闲，可以执行子网扫描处理，重新扫描下位井口RTU网络的活动状态， 当任务时间较大时，判定工作正忙，继续进行任务监护处理。

假如上位站控系统维护或故障，或上位站控系统线路故障，都可能产生与 上位站控系统通讯的情况，如果出现紧急故障，在与上位站控系统通讯失联情 况下，前置管理功能模块启动，其中功图信息处理单元允许工作人员现场处理 和调看任务记录处理单元所记录的历史功图信息；其中脱机工作处理单元实时 从任务记录处理单元获取任务监护状态，分析下位井口RTU网络工作参数信息， 通过通讯中继处理模块传送控制工作任务指令，仍然保证下位井口RTU网络自 主地、持续的完成系统作业；其中故障应急处理单元通过网络通讯中继模块经 过下位通讯处理模块与下位井口RTU网络进行任务通讯；当出现下位井口RTU 网络出现故障或油井作业故障时，根据故障应急预案及时地进行故障应急处理， 保证井场的生产作业安全。

以上所述，仅是本发明针对本发明应用的实施例，可以使本领域的技术人 员更全面的理解本发明，但并非对本发明做任何限制。按照本发明技术方案， 上述实施例可举出很多例子。凡是根据本发明技术方案所给出的范围和对以上 实施例所做的任何简单的修改和变更，均属于本发明技术方案的保护范围。大 量的实验结果表明，在本发明权利要求书所提出的范围，均可达到本发明的目 的。