油田的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)探析

屈 靜 馬瑞竹 杜春龍

（1、中國石油西部管道塔里木輸油氣分公司，新疆 庫爾勒 841000 2大慶輸油氣分公司，黑龍江 大慶 163458）

油田的一個(gè)采油廠由多口油井、計(jì)量站、管匯閥組，轉(zhuǎn)油站，聯(lián)合站、原油外輸系統(tǒng)、油罐以及油田的其它分散設(shè)施組成，那么整個(gè)采油廠的各種設(shè)施的工作狀態(tài)及采出油品的數(shù)據(jù)（主要有溫度、壓力、流量等）就直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的穩(wěn)定及原油質(zhì)量。目前大多由人工每日定時(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行情況并測量、統(tǒng)計(jì)采油數(shù)據(jù)。由于油井?dāng)?shù)量多且分布范圍由幾十至上百平方公里，這種方式必然使工人勞動(dòng)強(qiáng)度加重，并且影響了設(shè)備監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，甚至準(zhǔn)確性。也同時(shí)存在筆誤，作假等隱患。這樣會(huì)導(dǎo)致上層無法正確了解到現(xiàn)場的真實(shí)情況，并且不能根據(jù)生產(chǎn)所消耗的實(shí)際勞動(dòng)力等數(shù)據(jù)，制定較有效、靈活的處理方案。所以油廠的自動(dòng)化、信息化就顯得極為突出。

為了實(shí)現(xiàn)油田數(shù)據(jù)信息化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全局共享，廠長、總工等管理人員利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)查看其監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)，打破各個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場相互之間長期形成的"信息孤島"局面，本系統(tǒng)采用目前國際上最先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，通過網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)間共享以及實(shí)時(shí)監(jiān)控。本方案詳細(xì)的從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、采集原理、記錄方式、數(shù)據(jù)通訊規(guī)約、網(wǎng)絡(luò)安全等多方面，并對油田廣泛分布各地的監(jiān)控站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息提出完整的監(jiān)控解決方案。

1 監(jiān)控軟件WebAccess

WebAccess是美國著名專業(yè)從事自動(dòng)化HMI/SCADA系統(tǒng)組態(tài)軟件研發(fā)與應(yīng)用的BroadWin科技有限公司開發(fā)的一種基于WEB技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。

WebAccess是以網(wǎng)絡(luò)瀏覽器Internet Explore為基礎(chǔ)，并將TCP/IP協(xié)議內(nèi)置于軟件核心中，互聯(lián)網(wǎng)的開放性便成為WebAccess系統(tǒng)的有機(jī)構(gòu)成部分。整個(gè)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)無縫連接。客戶端無需負(fù)擔(dān)額外費(fèi)用便可通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對系統(tǒng)進(jìn)行訪問，進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)編輯，隨時(shí)隨地掌握系統(tǒng)動(dòng)態(tài)。與傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，基于其內(nèi)置的互聯(lián)網(wǎng)連接性，WebAccess支持的客戶端不受數(shù)量限制，是最佳成本的互聯(lián)網(wǎng)控制方案，同時(shí)WebAccess的多疊式網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)也保護(hù)終端用戶的數(shù)據(jù)和整個(gè)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成原理

根據(jù)油田各個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在各個(gè)聯(lián)合監(jiān)控站點(diǎn)和電泵站監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)器中安裝WebAccess監(jiān)控節(jié)點(diǎn)部分軟件（Scada Node）。對于已有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的站點(diǎn)，WebAccess通過提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口如DDE、OPC、ODBC等從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中提取動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（同時(shí)也要求現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至少提供一種便于數(shù)據(jù)共享的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口），對于尚未建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的站點(diǎn)，則需要全新建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中包括軟件和硬件兩個(gè)部分，硬件部分客戶可以自由選擇目前國際上主流的服務(wù)器、交換機(jī)、PLC、智能模塊、傳感器等。WebAccess本身自帶的上百種國際主流控制器設(shè)備驅(qū)動(dòng)直接和底層硬件進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、畫面的組態(tài)、信息的發(fā)布。除進(jìn)行數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳之外，WebAccess還可以根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)備分布情況和工藝流程，繪制監(jiān)控界面和報(bào)警、報(bào)表、曲線圖等。監(jiān)控人員可以和現(xiàn)場人員一樣掌握現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，有身臨其境的感覺。同時(shí)各監(jiān)控站點(diǎn)可以利用本地打印機(jī)進(jìn)行報(bào)警信息、報(bào)表數(shù)據(jù)的打印輸出。

局域網(wǎng)內(nèi)甚至是互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的管理人員的PC機(jī)必須安裝WebAccess客戶端Client插件，WebAccess服務(wù)器通過授權(quán)用戶名、密碼的方式審核遠(yuǎn)程訪問者的身份，極大地保護(hù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全性。

3 數(shù)據(jù)采集傳輸原理

由于油田分布的一般特點(diǎn)，即分布范圍較大、現(xiàn)場環(huán)境條件較差等，為了能夠在較差的環(huán)境下正常采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并且能夠及時(shí)地發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，在底層的數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備，選用研華公司的系列產(chǎn)品，其中包括了它的ADAM系列控制器和I/O模塊。這些控制器和I/O模塊支持多種形式的接口連接方式，與底層的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行連接。在數(shù)據(jù)采集和處理方面，采用了嵌入式數(shù)字控制器FAS-2046，由FAS-2046來實(shí)現(xiàn)收集整理下層設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，并由它向上傳輸?shù)奖O(jiān)控節(jié)點(diǎn)。由于他們采用了獨(dú)特的架構(gòu)設(shè)計(jì)，以及高性能的技術(shù)指標(biāo)，可以讓這些控制器和模塊在惡劣的環(huán)境下正常工作，同時(shí)在面板設(shè)計(jì)方面也具有安裝簡單、靈活等特點(diǎn)。

FAS-2046控制器，采用目前經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際考驗(yàn)并廣泛使用的實(shí)時(shí)OS技術(shù)，提供一套Windows CE.net解決方案，支持多種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，兩個(gè)以太網(wǎng)、一個(gè)RS-232和兩個(gè)RS-232/485串行等通訊接口用于通訊。具有開放、可擴(kuò)展以及無風(fēng)扇無磁盤的設(shè)計(jì)優(yōu)勢。強(qiáng)大的圖形化編程工具（FAS-pro）支持對FAS-2046的控制邏輯開發(fā)，使他的控制效果更加出色。

而ADAM4000系列是通用傳感器到計(jì)算機(jī)的便卸式接口模塊，內(nèi)置微處理器使其可以獨(dú)立提供智能信號(hào)調(diào)理，模擬量I/O，數(shù)字量I/O數(shù)據(jù)顯示和RS-485通訊等功能。而ADAM5000分為數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和PC可編程獨(dú)立控制器。

WebAccess能通過串口，以太網(wǎng)等通訊方式與下層的數(shù)據(jù)采集控制器FAS-2046進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，即可以從控制器上抓取現(xiàn)場的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以向下發(fā)指令通過控制器來控制底層設(shè)備的運(yùn)行操作變化。

當(dāng)數(shù)據(jù)采集上來后,WebAccess的工程節(jié)點(diǎn)可以作為Web服務(wù)器向外發(fā)布，支持區(qū)域局域網(wǎng)的訪問瀏覽，同樣支持來自以太網(wǎng)或者Internet的遠(yuǎn)程訪問。不論用戶從哪里訪問節(jié)點(diǎn)，只要有相應(yīng)的權(quán)限就可以讀取數(shù)據(jù)或者下達(dá)指令，操作底層設(shè)備。

4 軟件實(shí)現(xiàn)功能

4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控

WebAccess監(jiān)控主機(jī)（Scada Node）將實(shí)時(shí)采集從現(xiàn)場層送上來的現(xiàn)場重要數(shù)據(jù)（如：電壓、電流、含水率、含油率、壓力、溫度等），并將數(shù)據(jù)以圖文并茂的形式顯示于監(jiān)控頁面中，監(jiān)控人員可以根據(jù)屏幕顯示對現(xiàn)場的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，掌握現(xiàn)在設(shè)備的運(yùn)行情況，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生任何變化（如有報(bào)警信息產(chǎn)生）WebAccess監(jiān)控主機(jī)（Scada Node）將隨之變化并發(fā)出警報(bào)信息。

在監(jiān)控層的操作人員將第一時(shí)間內(nèi)得到現(xiàn)場的警報(bào)信息，警報(bào)信息的表現(xiàn)方式除可以在屏幕上會(huì)有動(dòng)畫/閃爍/列表等提示外，還可以以聲音/網(wǎng)絡(luò)E-MAIL/短信等方式通知不在現(xiàn)場的管理人員。

4.2 多樣式的報(bào)警信息

當(dāng)系統(tǒng)有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，操作員可以根據(jù)上圖中在線報(bào)警欄中的信息提示得知警報(bào)，同時(shí)，"在線警報(bào)"按鈕也會(huì)呈現(xiàn)紅色閃爍狀態(tài)，點(diǎn)擊進(jìn)入"報(bào)警摘要"畫面中。在主畫面中，不同的報(bào)警信息也會(huì)有不同的報(bào)警顯示形式，WebAccess提供多媒體語音報(bào)警、動(dòng)畫閃爍報(bào)警，彈出窗口報(bào)警、發(fā)送E-MAIL報(bào)警等，可以實(shí)現(xiàn)全方位的報(bào)警信息通報(bào)。在線報(bào)警欄中的報(bào)警信息，在每一個(gè)監(jiān)控頁面都是相同的，無論現(xiàn)場還是遠(yuǎn)程監(jiān)控站，而且所有站點(diǎn)的的報(bào)警信息是全局聯(lián)動(dòng)的，可以讓操作人員最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息，解決故障。

4.3 數(shù)據(jù)記錄顯示

WebAccess提供實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示記錄，以方便用戶根據(jù)曲線走勢進(jìn)行系統(tǒng)分析；還提供報(bào)表查詢、打印功能，有值班報(bào)、日報(bào)、月報(bào)，同時(shí)也可以根據(jù)需要，輸入起始時(shí)間、終止時(shí)間和采集頻率的不同而來查詢相應(yīng)時(shí)間段的數(shù)據(jù)報(bào)表。還可以通過高級(jí)選項(xiàng)設(shè)定查詢數(shù)據(jù)的顯示類型，如最大值、最小值、平均值等。用戶可以直接將報(bào)表輸出打印或發(fā)送E-MAIL到指定郵箱。發(fā)送報(bào)表格式為HTML格式，可以輕松將報(bào)表導(dǎo)出到EXCEL等工具軟件進(jìn)行處理加工。

數(shù)據(jù)的整理和保存也是在工程節(jié)點(diǎn)上完成的，數(shù)據(jù)服務(wù)器既可以是WebAccess自帶的Access數(shù)據(jù)庫，也可以采用SQL SERVRE，ORACAL等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，WebAccess可以通過ODBC的指向來完成數(shù)據(jù)庫的設(shè)定，在數(shù)據(jù)的采集整理過程中寫入指定的數(shù)據(jù)庫中，方便用戶在需要時(shí)候的調(diào)取數(shù)據(jù)作保表，進(jìn)行分析處理。

[1]李涼.大慶油田天然氣監(jiān)控管理系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2002-05-20.