中石油A11标准.pdf

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1、油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 V0 1 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 1 目录 1 通讯方式概述 3 1 1 单井通讯模式 4 1 2 多井集联通讯模式 5 2 仪表与井口控制器 RTU 井口控制单元通信过程描述 6 2 1 常规数据采集 7 2 2 读仪表参数 8 2 3 示功图采集 一体化负荷位移示功仪 9 2 4 示功图采集 无线位移 无线载荷 10 2 5 电量图采集 11 2 6 专项数据采集 12 3 通用规定 13 3 1 控制器 RTU 通讯模式规定 13 3 2 仪表通讯

2、方式规定 13 3 3 仪表通讯应用层协议规定 13 4 A11 GRM 无线协议 14 4 1 物理层 15 4 1 1 无线模块物理接口 15 4 1 2 无线模块初始化 厂家协助 17 4 2 数据链路层 厂家协助 19 4 2 1 API 帧结构 19 4 2 2 发送数据帧格式 20 4 2 3 接收数据帧格式 23 4 3 应用层通讯协议 24 4 3 1 协议内容 24 4 3 2 仪表与控制器 RTU 数据通信协议 A11 RM v3 01 26 4 3 3 仪表配置协议 A11 MCFG V3 01 36 4 3 4 仪表标定协议 A11 MDCT V3 01 39 油气生产

3、物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 2 4 3 5 控制器 RTU 与主控制器 RTU 协议 A11 GR V3 01 41 4 3 6 网络 ID 及通信通道的生成协议 A11 ID V3 01 42 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 3 1 通讯方式概述 结合油气田生产物联网的需求 充分考虑到技术的可靠性 安全性 先进 性 和扩展性 通讯分为单井通讯模式和多井集联通讯模式 单井通讯模式数据流为 无线仪表 井口控制器 RTU 中心控制室 多井集联通讯模式数据流为 无线仪表 井口控制单元 多井集联

4、控制 器 RTU 中心控制室 经过无线通讯协议方案对比 确定无线仪表与井口控制器 RTU 井口控制 单元 多井集联控制器 RTU 之间物理层 链路层 网络层通讯采用ZIGBEE 通 讯协议 应用层通讯采用A11 GRM通讯协议 中石油油气生产物联网无线仪表 通讯协议 多井集联通讯模式中 多井集联控制器 RTU 可以与距离 300 米内 可视 的井口控制单元进行通讯 共用1 套通讯设备上传数据 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 4 1 1 单井通讯模式 单井通讯模式通讯结构如图 图 1 单井通讯模式 RTU 控制器 通讯模式说明 Fn无线仪表

5、 为通讯网络中端点设备 可为无线载荷位移一体化示功仪 无线压力 无线温度 无线电量 无线扭矩 无线含水仪等无线仪表 无线仪 表平时处于休眠状态 定时唤醒采集数据后发送到井口控制器 RTU 井口控制器 RTU 为井口数据采集 处理 控制设备 它将处理结果通过 通讯设备上传 并接收中心控制室指令控制现场抽油机启停 无线仪表与井口控制器 RTU 之间采用 ZIGBEE 协议进行通讯 通讯格式符 合 A11 GRM中石油油气生产物联网无线仪表通讯协议 规定 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 5 1 2 多井集联通讯模式 多井集联通讯模式通讯结构如图

6、 图 2 多井集联通讯模式 通讯模式说明 Fn无线仪表 为通讯网络中端点设备 可为无线载荷位移一体化示功仪 无线压力 无线温度 无线电量 无线扭矩 无线含水仪等无线仪表 无线仪 表平时处于休眠状态 定时唤醒采集数据后发送到井口控制单元 井口控制单元 为井口数据采集 处理 控制设备 它将处理结果通过 ZIGBEE 通讯设备上传到多井集联控制器 RTU 中 再由集联控制器 RTU 将数 据上传到中心控制室 集联控制器 RTU 接收中心控制室指令 再通过ZIGBEE 通讯下达到井口控制单元 进而控制现场抽油机启停 井口控制单元 1 井口控制单元 n与多井集联控制器 RTU 在 300米可视范 油气生

7、产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 6 围内 可以直接进行通讯 而井口控制单元2与集联控制器 RTU 之间有阻挡不 能直接通讯 由于ZIGBEE 协议具备路由功能 井口控制单元2数据通过控制 单元 1设备路由 将数据上传到集联控制器 RTU 中 无线仪表与井口控制单元 集联控制器 RTU 之间采用 ZIGBEE 通讯协议 进行通讯 通讯格式符合 A11 GRM中石油油气生产物联网无线仪表通讯协 议 规定 2 仪表与井口控制器 RTU 井口控制单元通信过程描述 仪表与井口控制器 RTU 井口控制单元之间的通信有五种类型 常规数 据采集 仪表参数读取

8、功图数据采集 电量图数据采集 专项数据采集 基本通信过程如下 a 仪表周期性休眠和唤醒 唤醒后仪表主动发送常规数据到井口控制器 RTU 井口控制单元 仪表休眠周期可酌情根据其采集上报数据所需 在 1 秒 30分钟范围内设定 推荐功能 井口控制器 RTU 井口控制单元在同无线模块建立通信 后可以主动唤醒仪表 进行双向通信 上发数据或执行命令 唤醒时 间在由通信模块本身的休眠周期和仪表程序决定 推荐值为10 秒内 b 井口控制器 RTU 井口控制单元产生命令应答 应答中携带控制命令 信息 控制仪表的运行 c 仪表执行井口控制器 RTU 井口控制单元的命令 并产生回应数据 然 后进入休眠状态 d 井

9、口控制器 RTU 井口控制单元接收仪表的回应数据 不作应答 一 次通信过程结束 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 7 2 1 常规数据采集 井口控制器 RTU 井口控制单元接收到常规数据后 发送常规应答 结束 本次通信 使仪表进入休眠状态 常规应答数据中包括仪表修眠时间 仪表将 按此时间间隔进行休眠 在常规数据通信时 若井口控制器 RTU 井口控制单元无应答 仪表不做 重发处理 直接进入休眠状态 常规数据为压力 温度 负荷 位移 扭矩 转速 含水率 瞬时流量等 基本工艺数据 井口控制器 RTU 井口控制单元 仪表 常规数据 唤醒 休眠 常规

10、应答 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 8 2 2 读仪表参数 井口控制器 RTU 井口控制单元接收到常规数据后 发送读仪表参数命 令 仪表回送仪表参数 进入休眠状态 井口控制器 RTU 井口控制单元对仪 表参数数据不作应答 井口控制器 RTU 井 口 控 仪表 常规数据 唤醒 休眠 形成仪表参数 仪表参数数据 读仪表参数 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 9 2 3 示功图采集 一体化负荷位移示功仪 当井口控制器 RTU 井口控制单元接收到仪表的常规数据后 向一体化载 荷位移示功仪发送

11、示功图采集命令 命令中包括同步时间 采集点数等信息 仪表接收到示功图采集命令后 采集功图 功图采集结束后 将数据块分组传送到井口控制器 RTU 井口控制单元 在功图数据传送过程中 井口控制器 RTU 井口控制单元对每组数据产生 应答 若无应答 仪表将对该组数据进行重传处理 重传次数为3 次 井口控制器RTU 井口控制单元 一体化载荷位 移示功仪 常规数据 唤醒 休眠 功图采集命令 功图数据 数据应答 功图数据 数据应答 形成数据组 功图采集 功图采集结束 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 10 2 4 示功图采集 无线位移 无线载荷 当井口

12、控制器 RTU 井口控制单元接收到仪表的常规数据后 向无线载荷 传感器和无线位移传感器发送功图采集命令 命令中包括同步时间 采集点数 等信息 仪表接收到功图采集命令后 采集功图 功图采集结束后 将无线位移数据块分组传送到控制器 RTU 井口控制单 元 在无线位移数据传送过程中 井口控制器 RTU 井口控制单元对每组数据 产生应答 若无应答 仪表将对该组数据进行重传处理 重传次数为3 次 无线位移数据传送结束后 井口控制器 RTU 井口控制单元发送无线载荷 数据读取命令 进入载荷数据传送过程 功图采集命令 无线载荷 读载荷数据命令 无线载荷 井口控制器RTU 井口控制单元无线位移 常规数据 唤醒

13、 休眠 功图采集命令 位移数据 数据应答 位移数据 数据应答 形成数据组 位移采集 位移采集结束 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 11 2 5 电量图采集 当井口控制器 RTU 井口控制单元接收到仪表的常规数据后 向一体化无 线载荷位移示功仪 或无线载荷 无线位移传感器 发送功图采集命令 同时 向电量模块发送电量图采集命令 命令中包括同步时间 采集点数等信息 进入功图采集及功图数据传输过程 此时电量模块也同步进行电量图数据采 集 功图采集及数据传输过程结束后 井口控制器 RTU 井口控制单元向电量 模块发送电量图数据读取命令 电量模块接收

14、到井口控制器 RTU 井口控制单元的数据读取命令后 形成 电量图数据 并将数据块分组传送到井口控制器 RTU 井口控制单元 一体化无线载荷位 移示功仪 无线位移 井口控制器 RTU 井口控制单元电量模块 电量图采集命令 电量图数据 数据应答 电量图数据 数据应答 形成电量图数据 电量图采集 功图图采集命令 功图采集中 功图数据传输完 毕 读电量图数据命令 形成数据组 数据传输结束 形成数据组 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 12 在电量图数据传送过程中 井口控制器 RTU 井口控制单元对每组数据产 生应答 若无应答 仪表将对该组数据进行重

15、传处理 重传次数为3 次 2 6 专项数据采集 当井口控制器 RTU 井口控制单元接收到无线专项传感器的常规数据后 向仪表发送专项数据采集命令 命令中包括采集间隔 采集点数等信息 无线专项传感器 如含水分析仪 动液面等采用无线通讯技术的仪表或设 备 一般采集的数据量较大 仪表接收到采集命令后 开始采集数据 数据采集结束后 将数据块分组传送到井口控制器 RTU 井口控制单元 在数据块传送过程中 井口控制器 RTU 井口控制单元对每组数据产生应 答 若无应答 仪表将对该组数据进行重传处理 重传次数为3 次 唤醒 井口控制器 RTU 其他无线专 项传感器 常规数据 休眠 专项采集命令 专项数据 数据

16、应答 专项数据 数据应答 形成数据组 数据采集 数据采集结束 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 13 3 通用规定 3 1 控制器 RTU 通讯模式规定 单井通讯模式 仪表距离井口控制器 RTU 井口控制单元在100 米范围内或井口需要视频 采集的宜采用单井通讯模式 多井集联通讯模式 平台井 主从井 丛式井等在一定固定区域内的井宜采用多井集联通讯 模式 离散井在集联控制器 RTU 可视范围 300 米内可以采用多井集联通讯模 式 3 2 仪表通讯方式规定 无线仪表采用休眠 唤醒 发送数据 接收命令 执行 休眠的方式 主 动唤醒发送数据 并接

17、收井口控制器 RTU 井口控制单元的命令 推荐功能 井口控制器 RTU 井口控制单元可以主动唤醒仪表 唤醒时间 由无线模块本身的休眠周期和仪表程序决定 推荐10 秒内 无线通信推荐启用ZigBee的加密传输功能 3 3 仪表通讯应用层协议规定 无线仪表与井口控制单元 RTU 井口控制单元 多井集联控制器 RTU 之间通讯的物理层 链路层 网络层采用ZIGBEE PRO 通讯协议 应用 层采用 A11 GRM中石油油气生产物联网无线仪表通讯协议 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 14 4 A11 GRM 无线协议 A11 GRM 通信协议是为

18、多井集联控制器 RTU 井口控制器 RTU 井口 控制单元及无线仪表产品所定制的 无线仪表通信协议 无线仪表包括 无线 负荷 无线压力 无线温度 无线含水分析仪等 设备包括 无线井口控制器 RTU 无线井口控制单元 无线多井集联控制器 RTU 等 其通信协议可分为物理层 数据链路层 网络层 应用层4个层次 其中物 理层和数据链路层 网络层通过ZIGBEE PRO 嵌入式 2 4G 无线微功耗通信模 块实现 无线协议结构如下图 2所示 图 2 无线协议结构图 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 15 4 1 物理层 IEEE802 15 4有两

19、个物理层 分别运行在两个不同的频率范围 868 915MHz 和 2 4GHz 较低频率的物理层覆盖了欧洲 较高频率的物理层 几乎在世界各地使用 在该无线通信协议中采用的是较高频率 2 4GHz 的 物理层 物理层中规定了通信设备的机械的 电气的 功能的和过程的特性 用 以建立 维护和拆除物理链路的连接 具体地讲 机械特性规定了网络连接 时所需接插件的规格尺寸 引脚数量和排列情况等 电气特性规定了在物理 连接上传输 bit流时线路上信号电平的大小 阻抗匹配 传输速率距离限制 等 功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义 即定义了DTE和 DCE 之间各个线路的功能 过程特性定义了利用信号线进

20、行bit流传输的一组操 作规程 是指在物理连接的建立 维护 交换信息时 DTE和 DCE双方在各 电路上的动作系列 在这一层 数据的单位称为比特 bit 4 1 1无线模块物理接口 模块外形见下图 3 图 3 无线模块外形图 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 16 模块的管脚定义如下 针脚命名方向默认状态说明 1 GND 地 2 VCC 电源 3 DOUT DIO13 双向 输出 UART 数据输出 GPIO 4 DIN CONFIG DIO14 双向 输入 UART 数据输入 GPIO 5 DIO12 双向 GPIO 6 RESET 输入

21、 模块复位 7 RSSI PWM DIO10 双向 输出 接收信号强度只是 GPIO 8 PWM1 DIO11 双向 禁用 脉宽调制器 GPIO 9 保留 禁用 不要连接 10 DTR SLEEP RQ DIO8 双向 输入 针脚休眠控制 GPIO 11 GND 地 12 SPI ATTN BOOTMODE DIO19 输出 输出 串行外设接口 13 GND 地 14 SPI CLK DIO18 输入 输入 串行外设接口时钟 GPIO 15 SPI SSEL DIO 17 输入 输入 串行外设接口不选择 GPIO 16 SPI MOSI DIO16 输入 输入 串行外设接口数据输入 GPIO

22、17 SPI MISO DIO15 输出 输出 串行外设接口数据输出 GPIO 18 保留 禁用 不要连接 19 保留 禁用 不要连接 20 保留 禁用 不要连接 21 保留 禁用 不要连接 22 GND 地 23 保留 禁用 不要连接 24 DIO4 双向 禁用 GPIO 25 CTS DIO7 双向 输出 清除发送流量控制 GPIO 26 ON SLEEP DIO9 双向 输出 模块状态指示 GPIO 27 VREF 输入 不用于 EM357 用于可编程二级 处理器 为了与其他兼容 XBee模块 如果模拟量采样是必 要的我们建议此引脚连接 到参考电压 否则 连接到GND 28 ASSOCI

23、ATE DIO5 双向 输出 连接指示 GPIO 29 RTS DIO6 双向 输入 模拟量输入 GPIO 30 AD3 DIO3 双向 禁用 模拟量输入 GPIO 31 AD2 DIO2 双向 禁用 模拟量输入 GPIO 32 AD1 DIO1 双向 禁用 模拟量输入 GPIO 33 AD0 DIO0 双向 输入 模拟量输入 GPIO 34 保留 禁用 不要连接 35 GND 地 36 RF 双向 适用于 RF PAD 变体的 RF输入输 出 37 保留 禁用 不要连接 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 17 模块详细说明见模块手册 XB

24、ee XBee PRO ZB SMT RF Modules 4 1 2无线模块初始化 命令方式和按钮方式 初始化包括选择模块的工作方式以及相应通信参数的设置等 使用 AT 命令对模块的相应参数进行设置 有关AT 命令的详细说明参考 XBee XBee PRO ZB SMT RF Modules 无线模块的基本参数如下 AT 命令 名称数值说明 ID PAN ID 0 0 xFFFFFFFFFFFFFFFF 1 Zigbee 协议自动生成 2 中石油制定 如前4 位指定油田分 公司 后16 位指定工程代码 由中 石油规范 CH 模块通道 号 0 x0B 0 x1A 低功 率 0 x0B 0 x1

25、9 高功 率 1 协调器自动扫描 2 手动设置协调器 DH 64 位地 址高 IEEE 分配给 zigbee模块的地址 指目标地 址 DL 64 位地 址低 MY 16 位地 址 xxxx 根据 Zigbee 协议自动生成 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 18 PL 功率0 4 0 4 XBee XBee PRO XBee boost mode disabled 0 5 dBm 1 1 dBm 2 1 dBm 3 3 dBm 4 5 dBm XBee PRO Boost mode enabled 4 18 dBM 3 16 dBm app

26、rox 2 14 dBm approx 1 12 dBm approx 0 0 dBm approx 串口波特 率 默认参数 0 7 标准波特率 0 1200 bps 1 2400 2 4800 3 9600 默认值 4 19200 5 38400 6 57600 7 115200 0 x80 0 xE1000 非标可达 921kbps 串口校验 位 0 3 0 无校验 默认值 1 偶校验 2 奇校验 3 标志校验 串口停址 位 0 1 0 1 个停止位 默认值 1 2个停止位 启用加密0 1 可选项 默认为0 不启用 0 禁用加密 1 启用加密 EO 加密选项0 0 xFF 可选项 Bit

27、0 在入网期间获取 发送安全密钥 Bit 1 使用 信任中心 Bit 2 使用哈希链路密钥 仅信任中 心 Bit 3 使用验证 KY 连接密钥128 Bit 可选项 NK 网络密钥 128 Bit 可选项 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 19 4 2 数据链路层 厂家协助 数据链路层是在物理层提供比特流服务的基础上 建立相邻结点之间的数 据链路 通过差错控制提供数据帧 Frame 在信道上无差错的传输 并进 行各电路上的动作系列 数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输 该层的作用包括 物理 地址寻址 数据的成帧 流量控制 数据的检错

28、 重发等 在这一层 数据 的单位称为帧 frame Zigbee无线通信模块的工作模式有API 模式和 AT 命令两种方式 模块默认 为 API 模式 Application Programming Interface API 模式要求串口上的 数据通信均按一定命令帧结构来解释 对不符合命令帧结构的数据 模块将予 以忽略 4 2 1 API 帧结构 API模式可以在 AT 命令状态下用 AP 命令来实现 当当 AP 的参数为 1时 为API模 式 在 API 模式 AP 1 下 串口数据的帧结构定义如下 串口数据的每个帧均由4 个字段组成 分别是Start Delimiter Length F

29、rame Data 和 Checksum 其中 Frame Data 又分为 API Identifier 字段和 Identifier specific Data 字段 具体含义见下表 符号名称类型说明 Start Delimiter 帧头标志1Byte 固定为 0 x7E Length 有效数据长度2 Bytes Frame Data字段的长度 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 20 API Identifier API 命令码 1Byte 标示 API 执行的命令 Identifier specific Data 应用层数据不大于 1

30、28Byte 格式因命令码而异 数 据允许启用加密和自组 网跳点传输 Checksum 校验和1Byte 不包含帧头和长度 注 校验是将不包括帧头和长度 1 3 字节 在内 将 Frame Data 字段的内 容逐个相加并只保留一个字节的和 然后再加上Checksum的值 如果相加的结 果等于 0 xFF则说明校验正确 例如 发送 ND命令去寻找 ZIGBEE网络所有设备 帧结构如下 0 x7E 0 x00 0 x04 0 x08 0 x01 0 x4E 0 x44 0 x64 0 x7E 包头 0 x0004 字节长度 0 x08 AT 命令帧 0 x01 帧 ID 0 x4E44 AT 命

31、令 ND 0 x64 校验码 计算校验码方式 0 xFF 0 x08 0 x01 0 x4E 0 x44 累加和只取低位 1 个字节 4 2 2发送数据帧格式 当 API 命令码为 0 x11 时 为 64 位地址的 ZigBee仪表数据发送请求 模块 在收到数据发送请求帧后 将会把数据帧中的 RF Data 字段的内容 发送 到 Destination Address DH DL 指定的目的地址 数据发送请求的帧 结构如下图 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 21 帧字段段地址示例 说明 A P I 数 据 包 起始界定符 00 x7E

32、长度 MSB 10 x00 长度与校验和之间的字节数 LSB 20 x1A 帧专用数 据 帧类型 30 x11 帧 ID 40 x01 给主机确认 UART 数据帧 以与随后的ACK 确 认 联系起来 如设置为 0 则不会发送响 应 64位目的地 址 MSB 50 x00 设置为目的设备的64位地址 还支持以下地址 0 x0000000000000000 为协调器保留的64 位 地址 0 x000000000000FFFF 广播地址 60 x00 70 x00 80 x00 90 x00 100 x00 110 x00 120 x00 16位目的 网络地址 MSB 130 xFF 设置为目的设

33、备的16位地址 如已知 如果 地址未知或发送广播时 设置为0 xFFFE LSB 140 xFE 源端 150 xE8 用于传输的源端 目的端 160 xE8 用于传输的目的端 簇 ID 170 x00 传输时使用的簇ID 180 x11 规范 ID 190 x18 传输时使用的 profile ID 建议用中石油股票 代码的后 4位 200 x57 广播半径 210 x00 设置为最大跳跃数时 可广播传输 如设置为 0 发送半径将设置为网络最大跳跃值 发送可选项 22 0 x00 支持的传输选项位字段 支持的数值包括 0 x01 禁用 ACK 0 x20 启用 APS 加密 如 EE 1 0

34、 x40 为该地址使用延长的传输超时 启用 APS加密可将无线射频有效载荷字节的最大 值降低 4 低于 NP汇报的值 设置延长的传输超时位 可使堆栈设置针对目的 地址的延长传输超时时间 参见第 4 章 所有未使用和不支持的位必须设置为0 数据有效载 荷 230 x54 发送到目表设备的数据 240 x78 250 x44 260 x61 270 x74 280 x61 校验和 290 x5A 0 xFF减去从该字节的段地址3减去这些字节的 低 8 位总和 如上示例 发送数据到协调器 64 位地址为 0 x0 使用完整 Zigbee串口数据 传输寻址方式 源和目标的endpoint为 0 xE8

35、 Cluster ID为 0 x0011 Profile ID为 0 x1857 推荐股票代码后 4 位作为 profile ID 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 22 当模块完成一个数据发送的API 命令 命令码 0 x11 后 如果未禁止ACK 无论 是否成功发送 那么模块都将返回一个发送状态帧 其API 命令码为 0 x8B 该帧定义如下图 数据发送状态的帧结构 帧字段 段地址 示例 说明 A P I 数 据 包 起始界定符 0 0 x7E 长度 MSB 1 0 x00 长度与校验和之间的字节数 LSB 2 0 x07 帧专用数据

36、帧类型 3 0 x8B 帧 ID 4 0 x01 识别汇报的UART数据 注意 如果在AT命令模式下帧ID 0 则不会发出AT 命令响应 16 位目的地址 5 0 x7D 数据包的16 位网络地址已发送至 如成功 如未成功 该地址 将与发送请求帧中提供的目的网络地址匹配 6 0 x84 发送重试数 7 0 x00 发生的应用传输重试数 发送状态 8 0 x00 0 x00 成功 0 x01 MAC ACK 失败 0 x02 CCA 失败 0 x15 无效目的Endpoint 0 x21 网络ACK 失败 0 x22 未连接至网络 0 x23 自动寻址 0 x24 地址未找到 0 x25 路线未

37、找到 0 x26 广播源未收到相邻中继消息 0 x2B 无效绑定的索引表 0 x2C 资源错误 缺少释放的缓冲器 计时器等 0 x2D 通过APS传输尝试广播 0 x2E 通过APS传输尝试单播 但是EE 0 0 x32 资源缺少释放的缓冲器 计时器等 0 x74 数据有效载荷太大 0 x75 未请求的间接消息 搜索状态 9 0 x01 0 x00 无搜索开销 0 x01 地址搜索 0 x02 路由搜索 0 x03 地址和路由 0 x40 延长的超时搜索 校验和 10 0 x71 0 xFF 减去从该字节的段地址3 这些字节的低8 位总和 例 0 xFF 0 x8B 0 x01 0 x7D 0

38、 x84 0 x00 0 x01 0 xFF 0 x8E 0 x71 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 23 4 2 3接收数据帧格式 当无线模块收到空中的数据后 将按照以下的帧结构定义将数据打包后发送到 串口 其数据接收的帧结构如下图 接收数据帧格式 框架字 段 段地址示例 说明 A P I 数 据 包 起 始 界 定 符 00 x7E 长度 MSB 10 x00 长度与校验和之间的字节数 LSB 20 x18 帧 专 用 数 据 帧类型 30 x91 64 位源地 址 MSB 40 x00 50 x13 60 xA2 70 x00 发送

39、者的 64位地址 设置为 0 xFFFFFFFFFFFFFFFF 未知 64 位地址 如果 发送者的 64位地址未知 80 x40 90 x52 100 x2B LSB 110 xAA 16 位源 网络地址 MSB12 0 x7D 发送者的 16位地址 LSB 130 x84 源端 140 xE8 启动传输的源端 目的端 150 xE8 消息发送到的目的端 簇 ID 160 x00 数据包发送到的簇ID 170 x11 Zigbee 规 范 ID 180 x18 数据包发送到的zigbee 规范 ID 190 x57 接收选项 200 x02 0 x01 已确认数据包 0 x02 数据包为广播

40、数据包 0 x20 数据包采用APS加密进行加密 0 x40 数据包从终端设备发送 如已知 接收到的 数据 210 x52 接收到的无线射频数据 220 x78 230 x44 240 x61 250 x74 260 x61 校验和 270 xBB 0 xFF减去从该字节的段地址3 这些字节的低 8 位总和 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 24 如上示例 一个表计设备的64 位地址为 0 x0013A20040522BAA 16 位地址为 0 x7D84广播发送 RxData 数据到远端 RTU 上 发送的完整Zigbee 串口数据寻 址

41、的源和目标 endpoint 为 0 xE8 Cluster ID为 0 x0011 Profile ID为 0 xC105 如果 RTU 接收端的无线模块AO设置为 1 上面状态帧将从RTU串口输 出 4 3 应用层通讯协议 4 3 1协议内容 A11 GRM 通信协议包括 仪表与控制器 RTU 数据通信协议 仪表配置协 议 仪表标定协议 井口控制器 RTU 与井场控制器 RTU 通讯协议 网络 ID 及通信通道的生成协议 4 3 1 1 仪表与控制器 RTU 数据通信协议 A11 RM V3 01 仪表与控制器 RTU 数据通信协议命名为A11 RM V3 01 它规定了仪表与 控制器 R

42、TU 之间常规数据 如 瞬时物理量数据 仪表电池电压 仪表通信 效率等 通信的格式 批量数据 如 功图数据等 通信的格式 控制器 RTU 对仪表的采集控制命令的通信格式 4 3 1 2 仪表配置协议 A11 MCFG V3 01 2 0 版本 仪表配置协议命名为A11 MCFG V3 01 它规定了仪表通信配置参数的内 容及格式 以及仪表与配置设备之间的通信方式及数据格式 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 25 4 3 1 3 仪表标定协议 A11 MDCT V3 01 2 0 版本 仪表标定协议命名为A11 MDCT V3 01 它规定了

43、仪表标定参数的内容及 格式 以及仪表与标定设备之间的通信方式及数据格式 4 3 1 4 井口控制单元与集联控制器 RTU 通信协议 A11 GR V3 01 井口控制单元与集联控制器 RTU 之间通信协议命名为A11 GR V3 01 它规定了井口控制单元与集联控制器 RTU 之间通信的数据格式 它主要解决 上位机系统通过集联控制器 RTU 与井口控制单元通信的有关问题 4 3 1 5 网络 ID 通道号生成协议 A11 ID V3 01 网络 ID 通信通道 设备标识的生成协议命名为A11 ID V3 01 它规定了 网络 ID 号 通道号和每一设备的生成方法 同一个网关下的所有设备形成一个

44、 ZigBee 网路 其主要标志是具有相同的ID 号和相同的通信通道 为了保证网 络之间不产生数据冲突 需对网络ID 号和通道号的生成作出规定 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 26 4 3 2仪表与控制器 RTU 数据通信协议 A11 RM v3 01 4 3 2 1数据帧基本格式 仪表与控制器 RTU 之间通信基于 ZIGBEE PRO 2 4G通信协议 在 2 4G 协议包内嵌入应用层协议数据 应用层协议数据格式如下 协议数据分为帧头和数据两大部分 帧头含协议类型 厂商代码 仪表类 型 仪表组号 仪表序号 数据类型几个数据段 见表 数

45、据帧头定义 协议类型厂商代码仪表类型仪表组号仪表编号数据类型 2 字节2 字节2 字节1 字节1 字节2 字节 协议类型 2 字节 本仪表协议类型取1 此字节用于协议升级时对协议的识别 厂商代码 2 字节 厂商代码表 序号代码含义备注 1 0 x0001 厂商 1 2 0 x0002 厂商 2 3 0 x0003 厂商 3 4 N 0 x8001 0 xFFFF 预留 在通信时 此字节数据为发送方设备的厂商代码 共定义32768 个厂商代 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 27 码 预留 32767 个厂商代码 项目组根据各种产品入围厂家分

46、配厂商代码 仪表类型 2 字节 仪表类型分为有线仪表及无线仪表两种 分别编制不同的仪表类型 在通 信时 此数据为发送方设备类型 无线仪表 代码 0 x0001 0 x4000 共计 16384 个 无线仪表代码表 序号代码含义备注 1 0 x0001 无线一体化负荷 2 0 x0002 无线压力 3 0 x0003 无线温度 4 0 x0004 无线电量 5 0 x0005 无线角位移 6 0 x0006 无线载荷 7 0 x0007 无线扭矩 8 0 x0008 无线动液面 9 10 0 x1f00 控制器 RTU 设备 11 0 x1f10 手操器 N 0 x2000 0 x4000 自定

47、义 有线仪表 代码 0 x4001 0 x7fff 共计 16383 个 其他仪表 其他类型仪表预留0 x8001 0 xFFFF 仪表组号 1 字节 对同一口井所属仪表的统一编号 即属于同一井口的仪表为同一组 它主 要用于多井集联控制器 RTU 带多个井口控制单元的场合 仪表组号需要通过配置设定 在通信时 在井口控制器 RTU 井口控制单元发送端此字节为仪表接收方 的组号 在仪表发送端此字节为仪表本身的组号 仪表编号 1 字节 现场对仪表的编号 编号规则为 同类仪表按顺序从0 开始依次编号 此 字节的目的是 当一个井口控制器 RTU 井口控制单元带多个同类仪表时 便 于识别仪表 油气生产物联

48、网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 28 仪表编号需要通过配置设定 在通信时 在井口控制器 RTU 井口控制单元发送端此字节为仪表接收方 的编号 在仪表发送端此字节为仪表本身的编号 数据类型 2 字节 数据类型代码表 序号代码含义备注 1 0 x0000 常规数据 2 3 0 x0010 仪表参数 4 5 0 x0020 功图数据 6 7 0 x0030 电量图数据 8 9 0 x0080 自定义块数据 10 11 0 x0100 井口控制器 RTU 井口 控制单元参数写应答 井口控制器 RTU 井 口控制单元应答命令 12 0 x0101 井口控制器

49、RTU 井口 控制单元读仪表参数应 答 井口控制器 RTU 井口控制单元应答命 令 13 14 0 x0200 井口控制器 RTU 井口 控制单元功图参数写应 答 井口控制器 RTU 井口控制单元应答命令 触发功图采集 15 0 x0201 井口控制器 RTU 井口 控制单元功图数据应答 16 0 x0202 控制器 RTU 读功图数据 应答 井口控制器 RTU 井口控制单元应 答命令 读已有功图 17 18 0 x0210 井口控制器 RTU 井口 控制单元电量图参数写 应答 触发电量图采 集 油气生产物联网自动化采集控制设备规范 无线仪表 A11 GRM 仪表通讯协议 v0 1 29 19

50、 0 x0211 井口控制器 RTU 井口 控制单元电量图数据应 答 20 0 x0212 井口控制器 RTU 井口 控制单元读电量图数据 应答 读已有电量图 21 0 x0300 控制器 RTU 对仪表控制 命令 22 0 x1000 0 x2000 厂家自定义数据类型 23 24 0 x8000 0 xffff 预留 数据段小于 128 个字节 数据帧头后接数据段信息 数据段信息长度不大于128 字节 由于每帧数据都包含有相同意义的帧头 因此在下面的说明中不再介绍 说明 协议中所涉及的通讯代码均由A11 项目组负责管理 分配 各入围厂家 必须严格遵守 4 3 2 2 仪表常规数据帧及井口控