POWERLINK在油气田控制器中的应用研究
发布时间：2020-10-31 22:34
随着通讯技术和网络技术的日益发展,“数字油田”和“智慧油田”等概念相继被提出,并且在逐步的实现、发展和完善,使得油气开采成本大大降低,开采效率显著提高。而在发展中,一些通讯技术的缺点成为了发展的瓶颈,如Modbus通讯技术在井口远程控制单元中进行数据转发,其通讯方式单一,数据吞吐量低,通讯效率低等缺点,限制了油气田向更加智能的方向发展。本文就这一问题,提出了使用POWERLINK技术对油气田数据进行传输的解决方案,该方案主要根据POWERLINK通讯技术的特性,对数据进行分类传输。通过对数据进行分析分类后,设计了相应的传输模式,并依据分类结果提出使用RTU对数据进行分类采集,提升网络效率,给出了数据采集与传输的整体系统设计,最后根据应用需求对数据采集单元RTU进行了系统设计,从而解决了油气田通讯技术落后的问题,使“智慧油田”这一概念得到实现。通过将POWERLINK程序下载到RTU设备中运行,并使用Wireshark抓取其周期产生的数据帧进行分析,结果表明其周期分为SoC和SoA两个阶段,同时在SoA阶段通过PReq和Pres两种数据帧进行数据交换,在SoA阶段通过ASnd数据帧进行异步数据的传输,与提出的将数据进行分类传输的理念相符合,证明了该设计方案的可行性。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN919.1;TE938
【部分图文】：
图 2-1 POWERLINK 七层 OSI 模型是其物理层。POWERLINK 物理层采用的是 IEEE802.3 快速以太网标准标准，给 POWERLINK 带来以下优势：易于实现。无论在 PC 机，还是带有以太网接口的 ARM 开发板，或者以太网接口的设备，都可以实现 POWERLINK 技术，而不需要专用的 A成本低廉。正是因为它的易于实现，不需要专用芯片，而现今大多数于 ARM 平台的，这些 ARM 基本都带有以太网接口，故不用购买专用其他硬件，就可以实现 POWERLINK 技术，大大降低了成本预算。另开放也是其实现成本低廉的一个重要原因。技术发展。基于 IEEE802.3 标准，就是基于标准的以太网，POWER的肩膀上，随着这个“巨人”发展，自身也将得到发展。在未来，以太，甚至更高数量级的速度，届时 POWERLINK 只要在硬件驱动上稍作高的传输速率。是其数据链路层。贝加莱最初开发 POWERLNIK 的目的是供自身内部生产自动化控制领域创建一套解决方案，并建立一个可高性强、实时性
的配置表和分配的时间槽，在授权的情况下，按照时序发送和接收数据。这种机制的优点在于系统运行时，每个时间片内，只有一个站点在进行数据交互，不会出现数据发生碰撞该机制很短的循环周期，完全可以满足工业生产领域对实时性的要求。最后是其应用层。由上图我们可以看到，POWERLNIK 应用层采用 CANopen 协议，该协议是应用最广泛的现场协议，在自动化控制领域中有其大量的应用。EPSG 组织早期就完成了 POWERLNIK 和 CANopen 的集成，为 POWERLNIK 的发展奠定了良好的基础CANopen 在工业领域中有良好的 SDO（Service Data Object，服务数据对象）和 PDO（ProcesData Object，过程数据对象）数据定义，以及数据字典（OD，Dictionary），这三部分使得该协议为应用程序提供了一个统一的接口，使得不同的是设备与应用程序有统一的访问方式[24]。2.2.2 POWERLNIK 通信机制一个完整的 POWERLNIK 通信周期包含等时同步阶段，异步阶段和空闲阶段。POWERLNIK 周期从一个 SoC（Start of Cycle）帧发送开始到下一个 SoC 帧发送前截至。其完整周期如图 2-2 所示。
图 2-3 Preq/Pres 模式从上图可以看出，Preq/Pres 模式就是主站依次给网络中的从站发送 Preq 帧，请（request）从站发送数据，从站接收到 Preq 帧后，做出响应（response），以广播的方发送 Pres 帧，该帧可以被网络中的所有站点接收，各个站点根据帧内容判断是否做出响应这就是 POWERLNIK 技术的一个重要特性——直接交叉通信[25]，该通信模式主要有以两点好处：a) 减少主站负载。从站相关数据可以直接传递，不用经过主站，减少主站工作量；b) 系统效率更高。若有些数据需要多个站点相互交换，站点间直接进行通信，而必上传至主站再下发至各个站点将会提高系统的整体效率。（2）PRC 模式该模式的通信方式如图 2-4 所示。
【相似文献】
本文编号：2864600
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN919.1;TE938
【部分图文】：
图 2-1 POWERLINK 七层 OSI 模型是其物理层。POWERLINK 物理层采用的是 IEEE802.3 快速以太网标准标准，给 POWERLINK 带来以下优势：易于实现。无论在 PC 机，还是带有以太网接口的 ARM 开发板，或者以太网接口的设备，都可以实现 POWERLINK 技术，而不需要专用的 A成本低廉。正是因为它的易于实现，不需要专用芯片，而现今大多数于 ARM 平台的，这些 ARM 基本都带有以太网接口，故不用购买专用其他硬件，就可以实现 POWERLINK 技术，大大降低了成本预算。另开放也是其实现成本低廉的一个重要原因。技术发展。基于 IEEE802.3 标准，就是基于标准的以太网，POWER的肩膀上，随着这个“巨人”发展，自身也将得到发展。在未来，以太，甚至更高数量级的速度，届时 POWERLINK 只要在硬件驱动上稍作高的传输速率。是其数据链路层。贝加莱最初开发 POWERLNIK 的目的是供自身内部生产自动化控制领域创建一套解决方案，并建立一个可高性强、实时性
的配置表和分配的时间槽，在授权的情况下，按照时序发送和接收数据。这种机制的优点在于系统运行时，每个时间片内，只有一个站点在进行数据交互，不会出现数据发生碰撞该机制很短的循环周期，完全可以满足工业生产领域对实时性的要求。最后是其应用层。由上图我们可以看到，POWERLNIK 应用层采用 CANopen 协议，该协议是应用最广泛的现场协议，在自动化控制领域中有其大量的应用。EPSG 组织早期就完成了 POWERLNIK 和 CANopen 的集成，为 POWERLNIK 的发展奠定了良好的基础CANopen 在工业领域中有良好的 SDO（Service Data Object，服务数据对象）和 PDO（ProcesData Object，过程数据对象）数据定义，以及数据字典（OD，Dictionary），这三部分使得该协议为应用程序提供了一个统一的接口，使得不同的是设备与应用程序有统一的访问方式[24]。2.2.2 POWERLNIK 通信机制一个完整的 POWERLNIK 通信周期包含等时同步阶段，异步阶段和空闲阶段。POWERLNIK 周期从一个 SoC（Start of Cycle）帧发送开始到下一个 SoC 帧发送前截至。其完整周期如图 2-2 所示。
图 2-3 Preq/Pres 模式从上图可以看出，Preq/Pres 模式就是主站依次给网络中的从站发送 Preq 帧，请（request）从站发送数据，从站接收到 Preq 帧后，做出响应（response），以广播的方发送 Pres 帧，该帧可以被网络中的所有站点接收，各个站点根据帧内容判断是否做出响应这就是 POWERLNIK 技术的一个重要特性——直接交叉通信[25]，该通信模式主要有以两点好处：a) 减少主站负载。从站相关数据可以直接传递，不用经过主站，减少主站工作量；b) 系统效率更高。若有些数据需要多个站点相互交换，站点间直接进行通信，而必上传至主站再下发至各个站点将会提高系统的整体效率。（2）PRC 模式该模式的通信方式如图 2-4 所示。
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本文编号：2864600
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