油田信息系統中SCADA與WebGIS集成的實現

崔 勇,王雙明

1.陜西中煙工業有限責任公司,陜西西安 710065

2.西安歐亞學院,陜西西安 710065

油田信息系統中SCADA與WebGIS集成的實現

崔 勇1,王雙明2

1.陜西中煙工業有限責任公司,陜西西安 710065

2.西安歐亞學院,陜西西安 710065

本課題是基于長慶油田分公司第一采氣廠信息系統項目為背景展開研究的，通過建立油田WebGIS系統，使得油田管理信息化、可視化，同時集成SCADA系統，動態監測油田生產過程。

信息系統；WebGIS；SCADA

隨著油田開發時間的增長，我國中西部及東部的油氣田大部分己經進入了中后期開發階段，在整個生產開發過程中，積累了大量的包括各種地質圖件在內的地質信息和開發生產管理信息，這些信息的綜合應用對油氣開發生產具有很重要的意義。因此，在石油行業，利用先進的軟件開發技術，對這些圖形、圖像信息進行有效而便捷地存儲和應用已成了擺在軟件開發人員面前的重大課題。在國外，不少石油軟件公司，如GeoQuest，Landmark都努力使自己的軟件集成化形成所謂的油氣開發生產“一體化”解決方案。而國內信息管理的軟件尚未做到與具體的空間位置關聯，亦不能進行生產過程的實時監控。

本課題是基于長慶油田分公司第一采氣廠信息系統項目為背景展開研究的，本文通過建立油田WebGIS系統，使得油田管理信息化、可視化，同時集成SCADA系統，動態監測油田生產過程。

SCADA是英文“Supervisory Control and Data Acquisition”的縮寫，意即“監視控制和數據采集”。SCADA系統是建立在計算機基礎之上的自動化監控系統，可以完成對現場數據的實時采集和傳輸、對工業現場進行本地或遠程的控制，并對工藝流程進行全面、實時的監視；從而為生產、調度和管理提供必要的數據。SCADA系統可以分為兩部分：一是分步式的數據采集系統，即智能數據采集系統，通常稱之為下位機；另一個是數據處理和顯示系統，即上位機HMI (Human Machine Interface，人機界面)系統，本章研究的SCADA模塊是指后者。

1 SCADA與WebGIS集成的原因及方式

SCADA系統通常應用于工業控制管理，由于其自身原因，在廣泛應用方面存在一定局限性。其局限性如下：

1）SCADA系統在使用時必須安裝專業的客戶端程序，配置復雜操作繁瑣，相對于用戶僅僅查看信息的需求而言比較復雜；

2）目前，采氣一廠由于考慮到網絡安全方面的要求，對整個廠區內的IP段進行了劃分，某些部門和管理人員無法訪問當前SCADA數據庫；

3）為了保證信息數據的安全性，在Internet網絡安全訪問方面采用了防火墻，如果其他外網客戶訪問油田數據只能通過Http方式，其他方式被禁止；

4）SCADA系統數據為實時監控數據，其保存有一定的時限。

由于以上幾點問題，如何將現有的數據資源真正的用于生產，杜絕信息孤島，已經成為SCADA系統廣泛應用的瓶頸。

Web信息數據發布可以解決當前SCADA系統面臨的信息發布問題，通過SCADA數據監控服務，實時的將系統中用戶關心的數據讀取到其他數據庫，并將該數據通過Web方式進行分發。從而解決信息數據發布的問題，也能夠保證實時數據的安全性，該處理方式不影響SCADA系統本身，也能夠解決SCADA數據的備份。

采用WebGIS中的圖像發布程序可以將專業的SCADA流程圖進行網絡發布，從而解決了不必要的圖像處理過程，降低成本，而且能夠達到及時更新圖像的問題。并且可以通過瀏覽器進行地理查詢，用戶可以很直觀的查看到整個廠區的各個設備單元的生產情況。通過和各項報表數據的結合，使生產管理者能夠更好的應用和決策。

實現SCADA與WebGIS集成主要在于數據共享，就是要解決SCADA與WebGIS數據格式不一致的問題。數據格式一致了兩個系統可以互相轉換數據，用戶只需要維護一次就能實現數據共享。這樣可以減少數據冗余，減輕用戶工作量。

2 集成技術研究

SCADA與WebGIS的集成有兩種結構：緊密集成結構和松散集成結構。

1）緊密集成結構

在這種結構中，SCADA系統與WebGIS系統緊密集成。SCADA系統只提供基本的數據采集和監控服務，既不運行維護界面，也不對網絡建模。只是作為后臺系統向WebGIS提供實時數據。接受WebGIS系統的命令進行遙控操作。SCADA也可將表示層的應用，譬如圖形、報表、曲線和告警等，集成在WebGIS系統中。

2）松散集成結構

在這種結構中，SCADA系統與WebGIS系統耦合較為松散。SCADA作為一個獨立的平臺存在，所有SCADA的功能都要求系統實現，只是監控的對象由廠站內相對集中的設備擴充到現場設備。SCADA系統與WebGIS系統或其他系統通過交換實時數據實現集成。

集成系統的數據可以分為靜態數據和動態數據兩部分。動態數據包括采集量、計算量等；靜態數據主要包括設備的屬性數據、用戶數據等。作為一體化數據，這兩類數據對系統各模塊是統一存取的。由于WebGIS在普通數據管理的基礎上增加了空間信息，其數據管理、組織能力較以往強大。WebGIS系統建立和管理的數據綜合了空間信息和設備信息，既能方便的進行查詢和管理，由能為其他應用提供一個具有空間信息的網絡模型，為自動化管理提供基礎數據平臺。SCADA則作為動態數據的組織者，負責動態數據的采集、存儲和更新等。

WebGIS以地理信息為基礎，將設備信息和用戶的地理位置信息等聯系起來，并將動態信息、用戶屬性等建立關聯。

3 SCADA與WebGIS集成的實現

3.1 基于接口技術實現SCADA與WebGIS的集成

油田信息系統中的WebGIS不是單純的GIS，它需要與企業現有的其他信息“無縫連接”。也就是說，要在數據庫平臺和其他系統或第三方工具之間運用一種工業標準的約定或接口，只有遵循了這樣的工業標準才能集成WebGIS與SCADA系統。

基于接口技術實現SCADA與WebGIS的集成，步驟如下：

1）聯系建立

利用在系統平臺上安裝的數據庫軟件Oracle，將PLC設備采集來的原始監測數據保存到SCADA數據庫中，通過ODBC方式就可以訪問SCADA數據庫中的這一部分數據。

2）數據傳遞

對于實時數據，可以通過系統平臺提供的COM服務來訪問，通用的開發環境都能夠訪問到此服務。

3）數據監控

利用現有的SCADA系統自動監測和自動控制功能，取得監測數據，配合WebGIS中相關數據，將設備信息發布到Web頁面。

SCADA系統與WebGIS系統進行通信，在WebGIS上顯示SCADA數據，進行監控。若WebGIS系統中的操作影響SCADA系統數據發生變化，SCADA系統根據WebGIS標示讀取并更新數據，保證集成系統中數據的一致性和唯一性。

考慮數據采集過程的重復性，對于動態數據，每隔一段時間采集一次數據，就可能出現一個重復采集的問題，所以應將采集來的實時數據與原始數據進行比對。由SCADA系統負責提供接受實時數據的動態鏈接庫，WebGIS系統根據具體要求動態加載，并獲取實時數據。

SCADA系統數據讀取服務是整個系統中數據的保證，通過SCADA系統提供的SDK，可以很方便的將設備信息數據進行讀取，但如何高效率的讀取數據和發布數據是這個服務最關鍵的環節。

SCADA數據讀取具體實現如下：

通過SCADA系統提供的VBA方式對其數據進行讀取。

’根據傳入的點的范圍讀取制定數據點的參數

3.2 WebGIS中SCADA數據的讀取

在本系統中通過調用HoneyWell公司提供的數據訪問接口，讀取SCADA實時數據并在流程圖中顯示出來。

3.2.1 程序邏輯

1）通過對SCADA系統中的業務界面進行圖庫建立，通過影像圖配置模塊實現；

2）對各個影像圖中數據熱點位置進行部署；

3）通過SCADA數據監控服務實時讀取各個SCADA數據庫中的數據；

4）采用IE瀏覽器中圖層方式進行數據刷新，保證了程序頁面無閃爍。

圖1 SCADA數據顯示程序邏輯

3.2.2 程序代碼

SCADA數據配置和顯示的導航，在Struts中Action的實現方法如下：

通過SCADA接口，對應的將各個站點、及站點內的設備（目前由于地圖信息不完整，只能做到站點，站點內的設備地圖需要后期完成）情況進行查看。真正的實現了地理、生產、設備三位一體的關聯。SCADA數據顯示界面如圖2 。

圖2 SCADA數據顯示界面

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1674-6708（2010）24-0196-03