油田的自動化監控系統探析

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）

油田的一個采油廠由多口油井、計量站、管匯閥組，轉油站，聯合站、原油外輸系統、油罐以及油田的其它分散設施組成，那么整個采油廠的各種設施的工作狀態及采出油品的數據（主要有溫度、壓力、流量等）就直接關系到油田生產的穩定及原油質量。目前大多由人工每日定時檢查設備運行情況并測量、統計采油數據。由于油井數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強度加重，并且影響了設備監控與采油數據的實時性，甚至準確性。也同時存在筆誤，作假等隱患。這樣會導致上層無法正確了解到現場的真實情況，并且不能根據生產所消耗的實際勞動力等數據，制定較有效、靈活的處理方案。所以油廠的自動化、信息化就顯得極為突出。

為了實現油田數據信息化、網絡化，實現數據全局共享，廠長、總工等管理人員利用現有的網絡系統查看其監控點的數據，打破各個監控現場相互之間長期形成的"信息孤島"局面，本系統采用目前國際上最先進的遠程監控系統，利用現有的局域網絡基礎，通過網際組態軟件WebAccess的遠程數據傳輸功能，實現數據的網間共享以及實時監控。本方案詳細的從網絡架構、采集原理、記錄方式、數據通訊規約、網絡安全等多方面，并對油田廣泛分布各地的監控站點的數據信息提出完整的監控解決方案。

1 監控軟件WebAccess

WebAccess是美國著名專業從事自動化HMI/SCADA系統組態軟件研發與應用的BroadWin科技有限公司開發的一種基于WEB技術監控系統。

WebAccess是以網絡瀏覽器Internet Explore為基礎，并將TCP/IP協議內置于軟件核心中，互聯網的開放性便成為WebAccess系統的有機構成部分。整個系統與互聯網無縫連接。客戶端無需負擔額外費用便可通過標準網絡瀏覽器對系統進行訪問，進行在線動態編輯，隨時隨地掌握系統動態。與傳統系統不同，基于其內置的互聯網連接性，WebAccess支持的客戶端不受數量限制，是最佳成本的互聯網控制方案，同時WebAccess的多疊式網絡安全架構也保護終端用戶的數據和整個系統。

2 系統組成原理

根據油田各個監控子系統的特點，結合網際組態軟件WebAccess的網絡架構，在各個聯合監控站點和電泵站監控中心的數據采集系統服務器中安裝WebAccess監控節點部分軟件（Scada Node）。對于已有數據采集系統軟件的站點，WebAccess通過提供的標準數據接口如DDE、OPC、ODBC等從現有的數據采集系統中提取動態實時數據（同時也要求現有的數據采集系統至少提供一種便于數據共享的標準數據接口），對于尚未建立數據采集系統的站點，則需要全新建立數據采集系統，數據采集系統中包括軟件和硬件兩個部分，硬件部分客戶可以自由選擇目前國際上主流的服務器、交換機、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備驅動直接和底層硬件進行通訊，從而實現數據的采集、畫面的組態、信息的發布。除進行數據采集遠傳之外，WebAccess還可以根據監控點的設備分布情況和工藝流程，繪制監控界面和報警、報表、曲線圖等。監控人員可以和現場人員一樣掌握現場的數據，有身臨其境的感覺。同時各監控站點可以利用本地打印機進行報警信息、報表數據的打印輸出。

局域網內甚至是互聯網內的管理人員的PC機必須安裝WebAccess客戶端Client插件，WebAccess服務器通過授權用戶名、密碼的方式審核遠程訪問者的身份，極大地保護生產數據的安全性。

3 數據采集傳輸原理

由于油田分布的一般特點，即分布范圍較大、現場環境條件較差等，為了能夠在較差的環境下正常采集現場數據并且能夠及時地發回數據，在底層的數據采集和控制設備，選用研華公司的系列產品，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，與底層的現場設備進行連接。在數據采集和處理方面，采用了嵌入式數字控制器FAS-2046，由FAS-2046來實現收集整理下層設備采集的數據，并由它向上傳輸到監控節點。由于他們采用了獨特的架構設計，以及高性能的技術指標，可以讓這些控制器和模塊在惡劣的環境下正常工作，同時在面板設計方面也具有安裝簡單、靈活等特點。

FAS-2046控制器，采用目前經現場實際考驗并廣泛使用的實時OS技術，提供一套Windows CE.net解決方案，支持多種標準的網絡接口，兩個以太網、一個RS-232和兩個RS-232/485串行等通訊接口用于通訊。具有開放、可擴展以及無風扇無磁盤的設計優勢。強大的圖形化編程工具（FAS-pro）支持對FAS-2046的控制邏輯開發，使他的控制效果更加出色。

而ADAM4000系列是通用傳感器到計算機的便卸式接口模塊，內置微處理器使其可以獨立提供智能信號調理，模擬量I/O，數字量I/O數據顯示和RS-485通訊等功能。而ADAM5000分為數據采集控制系統和PC可編程獨立控制器。

WebAccess能通過串口，以太網等通訊方式與下層的數據采集控制器FAS-2046進行數據的傳送，即可以從控制器上抓取現場的各項數據，同時也可以向下發指令通過控制器來控制底層設備的運行操作變化。

當數據采集上來后,WebAccess的工程節點可以作為Web服務器向外發布，支持區域局域網的訪問瀏覽，同樣支持來自以太網或者Internet的遠程訪問。不論用戶從哪里訪問節點，只要有相應的權限就可以讀取數據或者下達指令，操作底層設備。

4 軟件實現功能

4.1 實時監控

WebAccess監控主機（Scada Node）將實時采集從現場層送上來的現場重要數據（如：電壓、電流、含水率、含油率、壓力、溫度等），并將數據以圖文并茂的形式顯示于監控頁面中，監控人員可以根據屏幕顯示對現場的情況進行實時監視，掌握現在設備的運行情況，當現場發生任何變化（如有報警信息產生）WebAccess監控主機（Scada Node）將隨之變化并發出警報信息。

在監控層的操作人員將第一時間內得到現場的警報信息，警報信息的表現方式除可以在屏幕上會有動畫/閃爍/列表等提示外，還可以以聲音/網絡E-MAIL/短信等方式通知不在現場的管理人員。

4.2 多樣式的報警信息

當系統有報警產生時，操作員可以根據上圖中在線報警欄中的信息提示得知警報，同時，"在線警報"按鈕也會呈現紅色閃爍狀態，點擊進入"報警摘要"畫面中。在主畫面中，不同的報警信息也會有不同的報警顯示形式，WebAccess提供多媒體語音報警、動畫閃爍報警，彈出窗口報警、發送E-MAIL報警等，可以實現全方位的報警信息通報。在線報警欄中的報警信息，在每一個監控頁面都是相同的，無論現場還是遠程監控站，而且所有站點的的報警信息是全局聯動的，可以讓操作人員最短時間內發現報警信息，解決故障。

4.3 數據記錄顯示

WebAccess提供實時曲線、歷史曲線對數據進行顯示記錄，以方便用戶根據曲線走勢進行系統分析；還提供報表查詢、打印功能，有值班報、日報、月報，同時也可以根據需要，輸入起始時間、終止時間和采集頻率的不同而來查詢相應時間段的數據報表。還可以通過高級選項設定查詢數據的顯示類型，如最大值、最小值、平均值等。用戶可以直接將報表輸出打印或發送E-MAIL到指定郵箱。發送報表格式為HTML格式，可以輕松將報表導出到EXCEL等工具軟件進行處理加工。

數據的整理和保存也是在工程節點上完成的，數據服務器既可以是WebAccess自帶的Access數據庫，也可以采用SQL SERVRE，ORACAL等關系型數據庫，WebAccess可以通過ODBC的指向來完成數據庫的設定，在數據的采集整理過程中寫入指定的數據庫中，方便用戶在需要時候的調取數據作保表，進行分析處理。

[1]李涼.大慶油田天然氣監控管理系統[J].工業控制計算機，2002-05-20.