油田測控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

油田測控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

李躍波

大慶油田采油一廠

針對油田測控系統(tǒng)上下位應(yīng)用組態(tài)軟件、通信方式、人機(jī)界面、編程模式各異而導(dǎo)致的種種弊端，提出根據(jù)不同站別開發(fā)微機(jī)測控系統(tǒng)，對站庫測控系統(tǒng)的硬件配置、軟件功能、編程方式的標(biāo)準(zhǔn)化模式進(jìn)行前瞻規(guī)范，實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警、計(jì)量報(bào)表等功能的規(guī)范統(tǒng)一。對油田測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、集中監(jiān)控功能的進(jìn)一步完善，提出具有推廣價值的規(guī)劃性建議。

油田測控系統(tǒng)；通信方式；上位系統(tǒng)；下位系統(tǒng)

1 油田測控系統(tǒng)簡介

測控系統(tǒng)一般由下位系統(tǒng)和上位系統(tǒng)組成。下位系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時通信，完成數(shù)據(jù)計(jì)算、系統(tǒng)控制的邏輯判斷等工作；上位系統(tǒng)通過與下位系統(tǒng)連接進(jìn)行人機(jī)界面顯示、控制，完成下位系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的顯示、參數(shù)設(shè)定及報(bào)表生成、打印等工作。

油田測控系統(tǒng)從硬件類型上可分為工業(yè)PC機(jī)、單片機(jī)、PLC可編程控制器。工業(yè)PC機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于采集量較少的轉(zhuǎn)油站、增壓站等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的檢測、計(jì)量；單片機(jī)（即818數(shù)據(jù)采集器）應(yīng)用于轉(zhuǎn)油站含水分析儀系統(tǒng)；PLC可編程控制器應(yīng)用于聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油放水站、配制站、注水（注入）站，它采用了可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制油田生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的調(diào)節(jié)、開關(guān)聯(lián)鎖控制等功能。PC機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 PC機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 存在的問題

隨著測控技術(shù)的快速發(fā)展，測控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到油田生產(chǎn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測、過程自動控制等環(huán)節(jié)，在實(shí)際應(yīng)用中主要存在以下問題：

（1）通信方式不統(tǒng)一。油田測控系統(tǒng)使用的通信（組網(wǎng)）方式有很多種，例如工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)總線等，不同的網(wǎng)絡(luò)通信方式，在通信協(xié)議、接線方法等方面都存在差異，沒有統(tǒng)一的檢測端口，因此，在進(jìn)行測試時，必須將自控系統(tǒng)停運(yùn)切換成手動控制，給安全生產(chǎn)帶來隱患。

（2）上位組態(tài)軟件多。以采油一廠為例，上位組態(tài)軟件有11種，測控系統(tǒng)使用不同的上位組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)，界面風(fēng)格不統(tǒng)一，信息調(diào)取、報(bào)警設(shè)定方式各異。即使是同類站型，在使用不同軟件開發(fā)時，表現(xiàn)出的界面風(fēng)格、控制方式也不同，增加了系統(tǒng)維護(hù)的難度。

（3）軟件設(shè)計(jì)有缺陷。軟件設(shè)計(jì)缺陷主要體現(xiàn)在四個方面：一是參數(shù)存儲在上位系統(tǒng)。目前測控系統(tǒng)參數(shù)存儲都設(shè)置在上位系統(tǒng)，一旦上位系統(tǒng)硬盤損壞，生產(chǎn)參數(shù)將會全部丟失。二是部分上位系統(tǒng)不能進(jìn)行參數(shù)修改。油田生產(chǎn)工況是不斷變化的，相關(guān)參數(shù)也要經(jīng)常設(shè)置、修改，而部分測控系統(tǒng)在上位機(jī)沒有參數(shù)設(shè)置、修改的界面，若想改動，必須將系統(tǒng)導(dǎo)入手動控制，通過修改下位軟件才能實(shí)現(xiàn)，這樣既影響生產(chǎn)的連續(xù)性，又存在安全隱患。三是數(shù)據(jù)顯示沒有地址跟蹤。被測參數(shù)只有顯示，沒有對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集地址，在維修時，需要對全部通道進(jìn)行排查才能確定數(shù)據(jù)來源，極大地降低了維修效率。四是部分系統(tǒng)報(bào)表功能不完善。部分測控系統(tǒng)沒有歷史報(bào)表定期清理功能，報(bào)表存儲空間不斷增大，最后導(dǎo)致系統(tǒng)資源不足而無法正常運(yùn)行。

3 規(guī)范系統(tǒng)功能模式

針對油田測控系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的問題，提出以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)為方向，逐步規(guī)范油田測控系統(tǒng)功能模式。

（1）利用串行通信技術(shù)，統(tǒng)一通信模式。在硬件配置上統(tǒng)一配接以太網(wǎng)卡通信模塊。基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)可以滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的各個層次的要求，與傳統(tǒng)的總線技術(shù)相比，具有良好的兼容性及多業(yè)務(wù)承載能力。配接以太網(wǎng)卡通信模塊，可以實(shí)現(xiàn)檢測端口的統(tǒng)一，檢測時不影響油田正常生產(chǎn)：一方面極大地提高測試工作效率，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行；另一方面為油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、集中監(jiān)控等擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)，提供了可靠的設(shè)備支持。利用串行通信技術(shù)統(tǒng)一通信模式，從根本上解決通信方式不統(tǒng)一帶來的種種弊端。

（2）規(guī)范功能框架，統(tǒng)一人機(jī)界面風(fēng)格。根據(jù)不同站庫類型微機(jī)測控系統(tǒng)的不同使用要求，規(guī)范站庫測控系統(tǒng)功能框架，采用開放式組態(tài)軟件，組態(tài)運(yùn)行應(yīng)用程序、報(bào)表輸出應(yīng)用程序、控件管理程序、數(shù)據(jù)存儲管理程序、數(shù)據(jù)處理控件及函數(shù)庫等各種子程序，對同一類型站庫制定統(tǒng)一系統(tǒng)功能，即同一類型站庫的圖形文本系統(tǒng)、報(bào)警信息系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)、變量檔案庫等實(shí)現(xiàn)的功能都遵照一種標(biāo)準(zhǔn)，這樣，通過規(guī)范功能框架實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，利用開放的組態(tài)環(huán)境統(tǒng)一人機(jī)界面風(fēng)格，從根本上解決因上位組態(tài)軟件多導(dǎo)致的系統(tǒng)維修維護(hù)難的現(xiàn)狀，能夠極大地提高油田測控系統(tǒng)管理水平。

（3）可編程控制系統(tǒng)下位機(jī)編程模塊化設(shè)計(jì)。利用開放的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同站庫類型的具體使用要求，對模擬量輸入/輸出模塊、離散量輸入/輸出模塊、脈沖量計(jì)數(shù)模塊、電源模塊、擴(kuò)展接口、CPU模塊等均進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，對不同站庫類型分別建立標(biāo)準(zhǔn)PLC系統(tǒng)流程框圖，規(guī)范采集、控制調(diào)節(jié)、報(bào)警、控制保護(hù)等子程序的執(zhí)行順序方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開關(guān)量邏輯控制、模擬量閉環(huán)控制、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從根本上解決測控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中由于軟件設(shè)計(jì)導(dǎo)致的問題。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.030