基于 5G 通信技术的油气生产区智能巡检系统研究论文

 

　　［关键词］5G通信技术,油气生产区,智能巡检,巡检系统,系统设计

 

 

　　油气生产区智能巡检系统是油气区域安全生产的基础保证。传统的油气生产巡检方式多是单向巡检核验，覆盖感应的范围受限制，且整体巡检效率下降，导致最终得出的巡检效果无法达到预期的标准［1］。不仅如此，单向巡检核验系统执行力和控制性较弱，这也是导致后期巡检任务难以处理的关键因素之一，安全隐患增多。为解决上述问题，本文设计了基于5G通信技术的油气生产区智能巡检系统。所谓5G通信技术，是一种自身具有高速率、低时延、大连接等特性的新一代宽带移动通信技术，在一定程度上为油气生产区智能巡检系统构建提供了新的可能性［2］。本文结合油气生产场景，详细设计基于5G通信技术的油气生产区智能巡检系统架构，并且基于该系统架构，设计系统硬件和软件［3］，以期通过该系统增强油气生产的安全性并提高生产效率，为油气领域的可持续发展作出贡献［4］。

 

 

　　为了提高油气生产区智能巡检系统的巡检准确率，本文深入研究了5G通信技术的特性，并基于其高带宽、低延迟、高可靠性的特点，构建了油气生产区智能巡检系统。该系统架构如图1所示。

 

　　

 

　　根据图1可知，本文设计的系统主要涉及巡检传感设备、5G通信网络和数据库等。在硬件设计方面，本文注重传感设备的接入和数据处理装置的优化。传感设备接入部分进行了标准化的接口设计，使得不同类型的传感设备能够轻松接入系统，实现数据的统一采集。传感数据处理装置则采用了高性能的处理器和算法，能够对采集到的数据进行实时处理和分析。在软件设计方面，本文设计了巡检结果存储数据库和巡检功能模块。巡检结果存储数据库采用了分布式存储技术，确保数据的安全性和可扩展性。巡检功能模块则实现了巡检计划的制订、巡检任务的分配、巡检数据的展示等功能，为巡检人员提供了便捷的操作界面和强大的功能支持。

 

 

 

　　油气生产区智能巡检系统以巡检传感设备采集的数据为基础，实现风险预警等功能，因此，在系统使用该传感数据时，需要将数据接入系统，形成一个循环性的循环体系［5］。本文以巡检传感设备成功接入为目标，在巡检硬件中增设卷积引擎模块和两个互联模块，然后接入一个Demux-AXI装置，并且在系统数据采集中设定一个寄存器，实现油气生产区巡检传感设备与系统的关联。设计的巡检装置控制指标和参数如表1所示。

 

 

　　结合表1，在系统中接入巡检传感设备。随后，接入一个辅助性的加速器，同时关联一个AXI主设备和巡检监测设备，由卷积引擎模块来进行引导，结合实际的巡检需求，增设数据采集、处理类型的传感装置，完成基础硬件环境的设置［6］。

 

 

　　设计传感数据处理装置是确保系统高效运行的关键环节。该装置的架构如图2所示。

 

　
 

　　根据图2可知，传感数据处理装置主要涉及的硬件有供电电源、主控模块、全球定位系统（Global　Positioning System,GPS）模块和5G的通用分组无线业务（General Packet Radio Service,GPRS）模块等［7］。其中，油气生产区智能巡检系统的内部局域网通信采用USB 3.0通信接口，5G通信网采用5G通信技术的新无线（New Radio,NR）通信协议传输传感数据，模块选择摩托罗拉生产的G24模块，实现数据处理单元与传感器、存储设备和其他外部组件之间的关联［8］；供电电源采用锂电池组供电，该电池组结合油气生产区，采用磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks,RAID）技术，利用传感装置进行主控电源的设定。这部分需要注意的是，主控电源需要与内部设定的小型电路形成关联。除此之外，还需要增设冗余电源，以应对突发电源故障的情况；GPS模块包括GPS天线和数据接收装置；主控模块采用TI公司的浮点数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）控制器TMS320F283芯片作为核心控制单元；数据库存储模块是接入固态硬盘（Solid State Disk,SSD）进行数据的存储，以此满足对大量数据的存储需求。

 

 

 

　　初始的油气生产区巡检功能模块多为单向形式，虽然可以实现预期的巡检处理目标，但是缺乏针对性与稳定性，难以全面控制，无法达到预期的巡检标准。为解决这一问题，此次结合5G通信技术，设计了多阶油气生产区智能巡检功能模块。具体的巡检功能模块如图3所示。

 

　　

 

　　在基于5G通信技术的多阶油气生产区智能巡检功能模块基础上，本文针对实际的巡检需求，细化了对应的巡检模块内容。实时监测与数据采集模块利用5G高速网络，实现对油气生产各环节的实时监测，通过高精度传感器，采集温度、压力、流量、气体浓度等