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中石油A11项目油气生产物联网实施环节需要避免踩哪些坑?

数字化油田 Robin TU 1个月前 (05-14) 204次浏览 0个评论

中石油的数字化油田战略已经实施多年,虽然有A11作为一种标准体系,但是由于各个厂家的技术水平,产品的可靠性和智能化水平不尽相同,在具体实施环节常会碰到一些障碍,容易发生不同厂家的数据互通问题,影响生产效率。具体而言,在无线仪表这块,由于有不同厂家的参与,虽然有A11标准确立了大方向,但各厂家的适配上有时仍需要相互协调,一般以RTU为主,不同厂家的传感器为辅。具体到项目环节,由于不同传感器厂家的自适应能力和兼容性测试验证做得不充分,在项目实施环节的表现差异较大。本文试图从产品设计和兼容性验证,无线ZigBee协议的的注意事项等方方面面来讨论如何让自家产品做到兼容百搭,智能部署。

一、初级篇

本篇章主要是针对初级用户,希望能简单地对无线模块进行配置,而不想在程序上做太多的智能部署设置的用户。虽然简单配置也能满足基本的项目实施和应用,但由于缺少程序的网络管理和智能部署功能,在参数和模块选型上要多下功夫。
1. 模块选型
最常见的就是Digi的XBee模块,以及新一代的XBee3模块。如果是新项目设计,尽量采用XBee3,老产品也应尽快升级,在PCB封装设计上尽量做到大小模块封装兼容,以应对供应链紧张时带来的风险。Digi的无线模块分为普通型和增强型,只有发射功率的区别,应尽量选择增强型版本,以在复杂的电磁环境中增强信号,减少丢包率。

2. 固件
Digi的XBee模块会定期发布新的固件,主要是增加功能并修复已知bug。如果没有解决bug或是新特性的需求,现有的模块并不需要升级到最新的固件版本。但XBee模块在生产时总是会以最新发布的固件来进行生产,一般情况下固件会在充分测试后发布,由于每个用户的应用配置不尽相同,很难保证某些特定配置下不会有一些bug出现。因此在新的项目上马之前,应对利用现用产品对当前

可用的固件做充分测试,确保没问题后再量产。Digiwiki上列出了一些中国区常见的固件问题

3. 参数配置

中石油A11无线仪表规范在设立之初参考了当时Zigbee协议的标准和知名的XBee无线模块API标准,而ZigBee协议作为一种开放的无线物联网协议有许多优势,首先是安全性,中石油的物联网通信时需采用加密的ZigBee协议通信,因此各厂家的RTU和仪器仪表均需要开启加密模式。要做到互联互通,各厂家在加密参数上需要保持一致。传感器设备上,休眠参数上应尽量和协调器的休眠参数保持大致相同或接近。有关XBee的休眠参数,许多人并未深刻理解其意义,可以参考这篇文章:详解XBee ZigBee模块的休眠参数和相关意义

XBee3还应该设置C8=10,ET的值应该略大于休眠时长。此外,开启入网公告的功能有助于进阶用户的程序设计,因此通常JN=1。其它常见的参数请参考A11的协议要求。

值得注意的是,由于ZigBee 3.0的升级,XBee3和S2C中有些默认参数并不一样,通常您可以按S2C的参数来设置XBee3。但在ZigBee 3.0中引入分布式网络概念,其中EO默认是配置成2也就是集中式网络,而在S2C上,并没有这个概念,因此S2C的EO默认值是0,而实际应用上也大多是使用S2C协调器来作为集中式网络的中心。因此通常在中石油的A11的加密网络中不用按S2C的EO值去设置XBee3,而是保持XBee3的EO=2,以防止在两种模块的混合网络中的出现协调器默认的0地址无效的情况。详情况可参考Digiwiki中S2C到XBee3升级的注意事项

二、进阶篇

ZigBee是一种无线网络协议,而ZigBee设备都必须支持ZigBee网络的基本功能。虽然XBee模块可以不需要应用程序配合来管理最基本的ZigBee网络,但在实际应用中,通常可以主动利用ZigBee协议的网络功能实现智能部署和安装调试。

设备列表:
一个完备的ZigBee产品,是能够在程序空间建立一张通信设备的列表,它有一系列好处,比如可以记录并采用16位短地址的方式通信,减少出错机率。RTU可以对在网设备进行鉴权,主动踢除第三方设备,可以同时和多个目标设备通信,比如传感器不仅可以把数据传给RTU,还可以发给router设备等。通常可以在部署模式阶段主动扫描或是通过入网通知的API帧来添加设备到列表当中。对于设备列表,还应该有踢除的机制,毕竟有些设备会损坏,更新或替换,通常是以一定时间都无法成功通信上来作为设备已不在现场标志。

有两种API帧可作为设备入网通知来把设备添加到列表中,一种是利用ZigBee本身的Joining Announce,它的不依赖于JN参数,缺点是只有入网时有一次通知,并且不太好识别设备类型,因此这种方式通常还需要配合在部署时主动扫描。另一种是利用XBee的JN参数,当JN=1时,设备会在入网或reset后向网内其它设备公告自己的身份。油田上的设备经常有reset动作,即使错过了首次入网通知,还可以后续在对方设备reset后获取,因此这种方式添加设备列表比较容易。

运行模式:
无线网络通常会有入网,离网等动作,因此在程序中制定产品的工作模式,有利于更高效组建好网络并保障可靠通信。比如在产品的部署阶段,可以定义为部署模式,此时以加快网络部署为目标,可以增加主动扫描的功能和一些握手鉴权等功能,在产品的正常工作模式下,可以关闭一些功能以便产品能无负担地专注于应用的实现。调试模式则可以开启一段调试代码,方便现场调试,虽然这些模式在产品设计中并非不可或缺,但合理安排仍可能最大化保障产品对各种异常环境的兼容能力。对于RTU来说,可以很方便通过按钮来切换模式,对于无按钮的传感器,则应该主要考虑在程序中智能实现各种模式的切换。


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