SCADA系統在英東油田的應用

吳朋，牟紅菊

（1.重慶川儀自動化股份有限公司，重慶 401121 ；2.重慶川儀控制系統有限公司，重慶 401121）

0 引言

油田數字化建設是當今油田建設的重點工程。而數字油田主要是把井場、聯合站、注水站等油田生產制造現場的實時數據通過局域光纖網、GPRS/CDMA、3G等傳輸手段，采集、存儲到統一的數據庫平臺，然后進入信息管理中心的數據倉庫; 油田管理人員根據數據倉庫提供的生產數據，結合大量的業務模型，通過應用智能識別、數據融合、移動計算等技術，完成生產實時診斷與遠程管理。SCADA系統是油田數字化建設的基礎。

1 SCADA系統

SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition 的縮寫，即數據采集與監視控制系統。它是基于計算機技術的生產過程自動化與調度自動化控制系統。它可以對生產過程、現場設備進行監視和控制，以實現數據采集處理、設備控制、運行分析、參數調節、各種報警等功能[1]。它能將收集到的各種現場信息，通過通訊線路、網關等傳送到控制中心，控制中心的操作員監視這些信息，并能向遠方的設備發布操作命令，同時它也為工廠信息系統提供各種現場數據。SCADA 系統以其優越性在各行業中得到了廣泛的應用。

2 油田SCADA系統建設的重要性

為了推進油田生產信息化建設，提高油氣生產管理水平，實現信息化與工業化的融合，以達到《中國石油“十二五”信息技術總體規劃》的要求。SCADA系統越來越多地用于油田的生產控制與管理。目前國際油公司基本上都實現了生產數據的自動收集、處理、計量；并在此基礎上進一步發展形成生產自動預警、生產裝置自動監控、支持生產指揮決策。

油田SCADA系統主要是通過對井口參數的實時檢測，采用輪詢應答的通信方式，將檢測到的油井狀態，通過無線或有線方式傳送給采油廠實時數據庫服務器，并以C/S或B/S模式，使生產管理的各個部門能夠及時掌握油井工作狀態，縮短油井故障處理時間，提高開井時率，增加原油產量，提高工作效率[2]。

3 英東油田情況

英東油田原有的油井，水井等生產設備的自動化監控為單井，單站獨立方式進行。每口井有單獨的RTU進行控制，生產數據只能現場顯示。各個RTU中的數據庫的格式不統一，給系統的維護及改造造成不便。原有的單井系統如出現故障，必須靠人工進行巡邏發現。而且故障排除時間較長，嚴重影響了生產正常。

接轉站及注水站這類設備集中區域，則設置了PLC與控制室，但由于站點間地域距離遠，無法進行集中控制，對運營人員和監控設備造成了重復和浪費。各自控系統的數據庫處于獨立狀態，無法通訊與整合，整個油田沒有一個整合的數據庫對生產活動進行管控。原有的系統已經顯得落后和故障率高，不能滿足發展的生產的需要，為了響應數字油田建設及提高生產能力，英東油田SCADA系統建設顯得尤為重要。

4 英東油田SCADA系統構成

英東油田SCADA系統監視和控制中心設在接轉站儀控室，與接轉站PLC站控系統集中布置，是英東油田生產監控中心。

英東油田SCADA系統監控對象包括：接轉站1座、注水站1座、叢式采油井場46座（示功圖、一體化節能控制柜、燃燒器等設備）、注水平臺15座、單井采油井場17座、單井注水井場9座、集輸管網閥井4座。其中接轉站、注水站設置S7-400 PLC系統(本次新建）、其它為RTU控制器（前期已有，單站獨立控制）。本SCADA系統總采集點約為50000個。

英東油田場站的PLC或RTU提供以太網接口與光纖交換機通過單模光纖（或其它通信終端設備）相連，可以設定不同網段（非標準C類網段）的IP地址及網關；部分井場RTU通過無線通訊相連。利用現有網絡，結合井場地理位置，通過有線與無線相結合，分別將數據傳送到接轉站控制中心SCADA系統中，再通過SCADA系統服務器將有關數據上傳到廠部調控中心，預留與油田信息化的MIS或ERP信息網絡接口。本SCADA系統架構組成，分為三層架構：現場控制層、數據采集層、監控調度層。具體組成如下：

4.1 現場控制層

1）接轉站PLC控制系統：用于監控生產過程的狀態和工藝過程數據；

叢式采油井場RTU，采集采油井示功圖數據；

注水站PLC，采集生產控制數據；

集輸管網RTU，采集集輸管網閥井檢測數據；

單井采油井RTU，采集過程控制數據；

單井注水井RTU，采集過程控制數據。

4.2 數據采集層

在這一層面，我們使用Proficy iFixSCADA（iFix）和Industry Gateway Server（IGS）軟件來實現穩定可靠的數據采集。

數據采集層軟件，我們使用了市場占有率最大的iFix，其可靠的性能能為本SCADA系統提供可靠的質量保障。IGS，是專業的數據通訊軟件，能實現廣泛的軟硬件通訊連接，并提供穩定可靠的通訊性能。

IGS和iFix，構成了最優化的數據采集組合，IGS負責現場數據的采集和輸出，iFix得到IGS采集的數據，并經過設計開發，將現場數據以工藝流程圖、報警和事件過濾及查詢、曲線、圖表和報表的多種信息展示，扮演著調度人員與現場設備、機器之間的聯系角色。在架構上，兩臺iFix服務器之間配置為冗余熱備方式，主備服務器之間，不間斷進行著實時數據庫、報警等重要HMI任務的實時同步，既保證系統能可靠的持續運行，又保證在同一時刻只有一臺活動（Active）服務器具有向下操作的權限，防止不同的用戶通過不同的HMI服務器同時操作，造成現場指令混亂，保障安全生產。

4.3 監控調度層

數據的整合離不開數據的采集，在第二層面，IGS獲取了現場控制器（RTU、PLC等）的數據，已經奠定了常規數據源的整合基礎，即使在系統集成過程中，出現了對第三方非常規數據的采集需求，如第三方應用軟件、關系型數據庫、實驗室系統等，iFix因為有強大的數據庫集成和編程能力，也能實現上述數據集成，集成過程中，會應用到iFix一些非常實用的工具和技術，如：SQT/SQD、VisiconX、VBA等。

基于這種強大數據集成能力，我們要將各種來源的數據歸納到同一個技術架構之下，從而消除不同系統形成的信息孤島，建立統一的數據倉庫，實現真正意義上的數據整合。我們使用Proficy Historian（iH）來構建數據整合之地，將油田各子系統信息孤島的數據，海納百川，形成一個統一的實時歷史數據庫平臺，并具備存儲轉發的數據歸檔流不間斷特性和高可靠性（群集）的服務能力，為本系統數據的加工和深層次分析利用奠定了基礎。

同時，在這一層面，我們基于iFixSCADA強大的可視化、應用邏輯設計和事件調度能力，并結合iH強大的數據存儲，數據計算和綜合分析能力，在生產調度方面，精確實現對現場設備的運行、保護和操作，并對生產工藝和流程進行全程監控和維護，通過對關鍵生產環節的實時和歷史數據計算、分析和預測，發揮出設備和人員的最大工作效率，并同時使重要設備實現最優化運行，達到節能降耗的目的，降低成本，保護環境。

并且，iH和iFix的結合，誕生了一項非常有價值的功能，我們可以在iFix的人機界面上，實現工藝流程圖上數據顯示的歷史回溯。神奇的iFix圖形顯示元素，可以連接歷史數據源，在指定的時間區間內，將生產現場發生過的真實場景進行回放，使本SCADA系統的調度及監控功能更加智能化。如圖1所示。

圖1 SCADA系統結構圖

這三層應用，絲絲相連，環環相扣。在第三層的數據挖掘方面，我們依賴于搭建的統一的數據平臺：實時歷史數據庫iH，利用其靈活的數據訪問接口，和豐富的分析、查詢檢索類型，可以自由的、靈活的從iH獲取所關注的基于生產實時或歷史數據的綜合業務分析信息，從而為業務部門提供更有價值的生產決策參考信息。

我們在設計實施英東SCADA系統時，數據庫中標簽全部遵循《中國石油油氣生產物聯網系統》的命名規則，即每個標簽名由一定規則的數字及字母構成，通過標簽名即可知道設備的類型及位號。SCADA系統的數據庫對外有多種接口，如圖2所示。

圖2 數據庫接口圖

SCADA系統數據庫與RTU通訊采用MODBUS TCP協議。

SCADA系統數據庫與PLC通訊采用OPC協議。

SCADA系統數據庫與oracle通訊采用TCP協議,SQL與VB結合寫入數據。

內網與因特網之間隔離，SCADA系統采集服務器的數據通過WEB服務器對外發布，因特網無法直接對采集服務器進行訪問。數據項的存取通過數據庫和數據項的特征名稱即可實現，而不必知道數據的格式和存儲地址。以安全為先決條件，業主用標準高級語言編寫的程序應可以訪問數據庫所有的數據項。

由于數據庫的整合，系統網絡功能增強，方便局域網內的數據調用，油田信息化系統可以讀取PLC系統的數據，為今后的信息化管理升級打下基礎。

5 英東油田SCADA系統配置

英東油田SCADA系統，我公司結合我們的成功應用經驗，軟件選用GE的IFIX，計算機、服務器、磁盤陣列等選用的DELL 品牌，三層核心交換機選用羅杰康，硬件防火墻選用思科產品。如表1所示。

表1 系統配置

WEB服務器（含WEB服務器軟件） 臺 1 5服務器及通訊機柜 臺 2 6抽屜式顯示器及KVM切換裝置 套 1 7三層核心交換機 臺 2 8路由器 臺 1 9磁盤陣列 套 1 10 硬件防火墻 臺 1 11 Windows 2008 sever操作系統軟件 套 3 12 Windows 7 操作系統軟件 套 3 13 ORACLE 32位 10G數據庫軟件 套 1 4

6 英東油田SCADA系統效果

英東油田SCADA系統中心負責統一監視、調度、管理全英東油田的生產運行，如下達命令、采集各種數據、協調各個井場和場站的運行、處理油田的事故。各工藝站場的站控制系統PLC（或RTU），在正常情況下受SCADA系統的指揮，為廠部調控中心提供數據，負責本地站的具體操作和聯鎖保護，完成各種具體的操作程序。部分場站可實現無人監控，各種設備的狀態及故障擺脫了人工巡檢，極大的節約了人工及重復設備的投資，給未來系統的完善與擴容奠定了基礎。如圖3 所示。

圖3 監控數據圖

7 結束語

油田SCADA 系統的應用是實現數字化油田的基礎。它的成功實施需要自動化、信息化等多專業、多部門的協同配合, 可以按照統一規劃, 分步實施, 先易后難的則, 堅持循序漸進、穩扎穩打, 實施優化工程, 從而達到提升油田管理水平, 增加效益、降低成本的目的[3]。□

[1] 田洪武,姜波,武建宏. SCADA系統在長輸管道的應用和發展.

[2] 黃釘勁,王瑩,王建華,阮照軍.西安工業大學學報.2007,02.

[3] 田洪武,姜波,武建宏,SCADA系統在長輸管道的應用和發展.