专利名称：一种管道通信的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用管道通信的方法。
背景技术：
在油田和天然气田，需要将分散在一定区域内多个生产点(如抽油井或采气井)的工况数据传送到监控室进行监控和数据处理，目前信号传输大多采用无线通信方式，而无线通信的缺点是如果矿区地形复杂，会给无线传输通道的建造带来很大的投资和运行上的不便。而采用架空明线、架空电缆、地下电缆、电力供电线路或通信电缆将造成更大的建造投资。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道通信的方法，它节省投资、施工方便，能充分利用已有资源。
本发明的目的是这样实现的，一种管道通信的方法，它由连接在通信介质一端的前端机、接在通信介质另一端的终端机组成，其方法特征是接在前端机与终端机之间的通信介质是管道。
所述的管道两端有埋于地下大于15米的接地点构成地线，管道的两端和两端的地线分别与前端机与终端机连接。
所述的前端机和终端机分别由数字端口和模拟端口组成。
前端机的数字端口与监控室的数字设备端口相连接，线路终端的机数字端口与各生产站场的通信设备口相连接；前端机和终端机的模拟端口接管道及所述的地线。
本发明中利用管道通信的方法主要是针对埋地管网的矿山和油气田传输生产数据而设计的。在油田和天然气田，需要将分散在一定区域内多个生产点(如抽油井或采气井)的工况数据传送到监控室进行监控和数据处理，利用各井站到集输站的埋地管道完成生产数据的传输，其特点是节省投资、施工方便、根据不同的地质条件和气候条件设计成不同的发送功率和接收信号灵敏度使通信可靠、通道整体故障率低等特点。同时，尤其在油田和天然气田，社会环境比较复杂，利用管道通信机进行数据传输，可将整机埋地处理，避免了无线通信存在的设备偷盗和破坏等问题。管道通信机不但可用于油气田，还可以应用于具有地下管网系统而地面情况复杂的城市、企业、生活小区等进行数传通信。综上所述，该机可视为新型的通信设备，具有良好的市场前景。
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明
图1是油田的油井和计量站的分布图。
图2利用管道通信机进行数据通信连接管线结构示意图。
图3是图2的简化图。
图4是管道通信等效电路图。
图5是前端机与终端机电路原理图。
具体实施例方式如图1，在油田，油井抽油机的工作状况监控是通过监测分析其示功图来完成，因此，要将安装在井场的监控远程终端RTU采集的监控数据传送到计量站或接转站的计算机系统，才能进行抽油机工况分析。以计量站为例，每个计量站辖井3-15个不等，各井的产液由埋地单管道通过井口抽油机产生的压力输送到计量站计量和转输处理，井和计量站的分布。
如图2所示，它是在抽油机数据采集监控系统中，利用管道通信机进行数据通信安装接线示意图。
利用单管道进行数据传输，其基本设计思想是用管道和大地作为通信介质来传输信号。管道通信线路前端机和终端机均有两个端口D口(数字口)和A口(模拟口)，线路前端机的D口接SCADA系统或DCS系统的计算机数据端口，A口接管道前端和大地，即A口的一端接在管道上，另一端接在距管道埋地点大于30米的接地极上；线路终端机的D口接现场RTU的数字端口，A口接管道和大地，即A口的一端接管道末端，另一端接距管道埋地点大于30米的接地极上，前端机和终端机A口的接地极接地电阻要求小于3Ω。
现将图2简化为图3，阐述其通信原理。监控室计算机或现场RTU发送信号时，线路端机将D口切换为输入端，A口切换为输出端，数字信号经处理调制成载频信号，自A口发送到管线和接地极上，A口的负载电阻是埋地管线和接地极间的地电阻，由于管道埋地，其接地电阻是很小的，A口发送出的电流被埋地管道吸收，电流密度在管道的发送端最大。假设在管道埋地的地域内地电阻是均匀的，则管道上的电流密度在管道的长度方向上按一定的梯度下降，那么在管道末端线路终端机的A口上有一个微小的信号压降，这个信号压降经线路终端机滤波放大解调整形后，从数字端口D输出，完成了数字信号的传输。这种传输和接收是双向的，受数字设备的端口协仪控制。在线路端机的设计时，不分前端机和终端机，前端机和终端机只是安装位置上的区分，功能上是相同和对称的，同一个线路端机即可安装在线路前端又可安装在线路终端，信号的发送和接收是双向的。当现场监测点是多点时(如多个油井的信号采集和监控)，用RS-485协议可完成多个站场的数据采集和监控。
如图4，管道通信机的关键设计思想是利用埋地管道和大地作为通信介质，这是突破常规的一种思想。按照常规工程设计思想，管道埋地，接地极也埋地，工程上认为两者之间是短路的。但是，对其作一理论分析，两者之间存在着一微小的阻抗，其集中参数等效电路如图4。图中L是把管道看作明线时的电感，C是管道与地之间的电容，R是管道与接地极之间的电阻。三个参数中L比明线时小，C随着管道的粗细而定，一般地讲均比架空明线大。如果合理地选择传输系统的载波频率，则L和C可忽略不计，起决定作用的参数是R。R是接地极的接地电阻R1和管道的接地电阻RG的串联，即R＝RJ+RG管道的接地电阻RG在数值上等于从管道埋地端开始与接地极间单位长度上的接地电导沿管道长度1方向上积分的倒数，即RG＝1/∫ρ’(x)dx式中ρ(x)是一个非常复杂的函数，与土壤性质、天气、管道直径及长度、地下管网结构、管道是否防腐处理、以及施工质量等因素都有关系，经粗略估算R的值是很小的，因此当在管道前端与接地极间发送一个一定功率的信号时，在管道末端信号电平是相当小的。经试验，对于DN60的无缝钢管，在甘肃黄土高塬地区管道无防腐处理深一米，管道长度为2公里时管道前端信号为1瓦时，管道末端能获得大约2mV的信号，这一信号强度已用音频设备得到测试。
图5是前端机与终端机电路原理图，前端机与终端机均包括限幅放大电路、滤波电路、选频放大电路、自动增益控制电路、解调电路、整形放大电路、模拟量电子开关、数字量电子开关、功率放大器、调制电路、载频发生电路、收发控制电路组成，模拟量电子开关输入端一方面经管道和大地接收管道送来的信息，另一方面向管道发送经功率放大器放大的调制信号，调制信号由载频发生电路、整形放大电路控制，接收与发送由收发控制电路控制，从管道上接收的信息经限幅放大电路、滤波电路、选频放大电路、自动增益控制电路、解调电路、整形放大电路分别处理后，送入数字量电子开关输入端，数字电子开关接收外部控制装置的命令或信息，将外部控制装置的命令或信息通过整形放大电路整形后分两路，一路控制收发控制电路打开模拟电子开关用于向管道发送数字信号，另一路由调制电路、载频发生电路、功率放大器处理通过模拟电子开关向管道发送命令和信息。
在油田抽油井数据采集监控系统中，地下管道是连接在一起的，管网相当庞大，因此接地电阻比单管情况更小，这就需要抬高发送数据时的发送功率。对于特定的管网系统，使用地下管道和地作为通信介质时，要进行现场测试，以确定端机的发送功率。
权利要求
1.一种管道通信的方法，它由连接在通信介质一端的前端机、接在通信介质另一端的终端机组成，其方法特征是接在前端机与终端机之间的通信介质是管道。
2.根据权利要求1所述的一种管道通信的方法，其方法特征是所述的管道两端有埋于地下大于15米以下的接地点构成地线，管道的两端和两端的地线分别与前端机与终端机连接。
3.根据权利要求1所述的一种管道通信的方法，其方法特征是所述的前端机和终端机分别由数字端口和模拟端口组成。
4.根据权利要求1所述的一种管道通信的方法，其方法特征是前端机的数字端口与监控室的数字设备端口相连接，线路终端的机数字端口与各生产站场的通信设备口相连接；前端机和终端机的模拟端口接管道及所述的地线。
5.根据权利要求1所述的一种管道通信的方法，其方法特征是前端机与终端机均包括限幅放大电路、滤波电路、选频放大电路、自动增益控制电路、解调电路、整形放大电路、模拟量电子开关、数字量电子开关、功率放大器、调制电路、载频发生电路、收发控制电路组成，模拟量电子开关输入端一方面经管道和大地接收管道送来的信息，另一方面向管道发送经功率放大器放大的调制信号，调制信号由载频发生电路、整形放大电路控制，接收与发送由收发控制电路控制，从管道上接收的信息经限幅放大电路、滤波电路、选频放大电路、自动增益控制电路、解调电路、整形放大电路分别处理后，送入数字量电子开关输入端，数字电子开关接收外部控制装置的命令或信息，将外部控制装置的命令或信息通过整形放大电路整形后分两路，一路控制收发控制电路打开模拟电子开关用于向管道发送数字信号，另一路由调制电路、载频发生电路、功率放大器处理通过模拟电子开关向管道发送命令和信息。
6.根据权利要求1所述的一种管道通信的方法，其方法特征是前端机和终端机A口的接地极接地电阻要求小于3Ω。
7.根据权利要求1所述的一种管道通信的方法，其方法特征是管道通信线路前端机和终端机均有两个端口D口(数字口)和A口(模拟口)，线路前端机的D口接SCADA系统或DCS系统的计算机数据端口，线路终端机的D口接现场RTU的数字端口。
全文摘要
本发明涉及一种利用管道通信的方法。它由连接在通信介质一端的前端机、接在通信介质另一端的终端机组成，其方法特征是接在前端机与终端机之间的通信介质是管道。所述的管道两端有埋于地下大于15米的接地点构成地线，管道的两端和两端的地线分别与前端机与终端机连接。所述的前端机和终端机分别由数字端口和模拟端口组成。前端机的数字端口与监控室的数字设备端口相连接，线路终端的机数字端口与各生产站场的通信设备口相连接；前端机和终端机的模拟端口接管道及所述的地线。
文档编号H04B3/50GK1592138SQ0313455
公开日2005年3月9日 申请日期2003年8月28日 优先权日2003年8月28日
发明者常益民 申请人:西安长庆科技工程有限责任公司