ControX2000組態軟件用于油田生產監控管理信息系統?

楊森1南開大學軟件學院2天津電子信息職業技術學院

ControX2000組態軟件用于油田生產監控管理信息系統?

楊森1；21南開大學軟件學院2天津電子信息職業技術學院

組態軟件應用于油田生產監控管理信息系統時要根據軟件形態、功能和油田監控需要進行系統設計，主要實現對現場生產設備和工藝狀態的監測、監控、數據傳輸、遠程控制和管理。本文所應用的組態軟件主要是基于Windows的ControX2000，以此軟件為開發平臺進行油田生產監控管理信息系統設計開發。應用組態軟件進行設計時主要考慮實時數據庫系統設計、圖形界面開發設計、OPC數據包設計和網絡發布四個方面，根據組態軟件應用于油田生產監控管理信息系統的設計和系統結構組成，可以看出該系統組態功能包括過程控制、順序控制、數據庫管理、歷史庫管理、圖形功能、數據報表管理等。

組態軟件；油田生產；監控；信息系統

油田開發生產過程中具有大量的數據需要及時采集和記錄處理，以此分析現場生產狀況并供油田生產管理部門進行決策，這就需要科學有效的現場監控管理信息系統對數據進行收集、分類、處理[1]。傳統的信息管理系統對現場越來越多的數據缺乏準確和直觀的分析判斷，不能完全反映出油田現場生產過程和動態變化情況，這就需要新的技術手段完成該項功能。

隨著油田生產自動化程度和信息化水平越來越高，組態軟件也逐步應用到油田生產監控管理中，通過組態軟件和生產管理信息系統的集成，不但可以直觀、動態地統計分析油田生產過程中的相關數據情況，還可以解決油田傳統管理系統兼容性差、擴展性低的問題[2]。

本文對由組態軟件集成的監控管理信息系統進行設計，分析組態軟件系統平臺的功能，并將其應用于監控管理信息系統。

1 組態軟件結構

HMI組態監控軟件是數據采集與過程控制的專用軟件，它處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用比較靈活的組態方式為用戶提供組建工業監控系統的軟件工具[3]。它是一種基于計算機操作系統的軟件平臺，允許用戶在圖像界面下對所需控制的工業系統進行數據采樣、輸入輸出、設備運轉監控、控制回路、文件報警、報表生成、網絡設備、控制策略和生成過程工藝畫面進行自定義[4]。

本文所應用的組態軟件主要是基于Windows的ControX2000，以此軟件為開發平臺進行油田生產監控管理信息系統設計開發。ControX2000組態軟件內部采用的Client/Server體系結構，用戶可以在系統網絡的各個管理或操作電腦上獲取監控系統的實時信息。該組態軟件的結構主要由三層組成，如圖1所示。

圖1組態軟件構成體系結構

圖1 中底層主要采用標準接口技術，可以兼容更多廠商生產的外部控制設備設施，具有良好的適應性和擴展性。

中間層是實時數據庫，也是整個組態軟件的核心部位，設計時一般需要提供兩類接口，一是應用編程接口API、二是應用ODBC接口。

頂層是應用操作層，即油田生產操作人員通過ODBC接口訪問和調取數據庫信息數據，掌握現場監控情況.

2 系統組成

油田生產監控管理信息系統就是針對油田現場設備設施運轉狀況、生產數據傳輸和分析在平臺上展示的系統，它可以將油田現場生產信息以數據或畫面形式傳送到操控室，以便遠程掌握和控制現場生產。不但實現油田采油井場、計量站和泵站等現場設備的生產狀態監督、數據傳輸、異常情況報警和分析等功能，還能滿足現場生產、監控管理、室內室外、地上地下管理一體化的要求。

油田生產監控管理信息系統是集油田生產監督、數據傳輸、報警于一體，綜合現代電子、信息射頻通信技術、無線生產數據傳輸、計算機網絡等技術的高科技產品。該系統主要依托controX2000組態軟件平臺，應用無線移動通信網，覆蓋整個油田區域的生產監控場所。油田生產監控管理信息系統一般分為二級網絡型結構，如圖2所示。

圖2 油田生產監控管理信息系統組成

監控管理中心由服務器、后臺管理計算機、接警、報警終端構成。通過操作控制室的計算機，由通信系統向處理器發布指令，調度并分析生產現場各井場、設備的生產數據和設備運行狀態。井場監控終端由各種傳感器、報警觸動開關、圖像/數據轉換器、數據采集器、帶通信模塊的微處理器構成。監控管理中心和現場終端設備之間依托無線傳輸模塊進行數據傳輸，完成監控管理。

3 系統設計

組態軟件應用于油田生產監控管理信息系統，要根據軟件形態、功能和油田監控需要進行系統設計，主要實現對現場生產設備和工藝狀態的監測、監控、數據傳輸、遠程控制和管理。應用組態軟件進行設計時主要考慮實時數據庫系統設計、圖形界面開發設計、OPC數據包設計和網絡發布四個方面，系統總體結構如圖3所示。

圖3 監控管理信息系統設計總體結構

3.1 實時數據庫系統設計

數據庫是整個工控軟件的核心，也是油田生產監控管理信息系統的最主要功能模塊。設計數據庫時首先要建立數據庫系統模塊，設置所需要監控的數據變量，主要包含以下方面內容：一是溫度、壓力、濕度等模擬型變量；二是中間轉換變量等字符型變量；三是時間、地點、經緯度等系統變量；四是閥門狀態、法蘭狀態、蓋子狀態燈開關型變量。這些變量即是生產現場設備和系統之間相互聯系的數據，通過數據轉換和交換相結合完成與外界監控對象的聯系。

為進一步強化對油田生產過程的監控管理，數據庫設計時要充分考慮或增加預警報警系統，特別是對溫度、壓力、載荷、沖擊、濃度等數據信息的監控報警更需要準確預測。報警窗口針對變量報警情況要顯示不同層級的不同顏色。數據庫設計要容量大、處理迅速，具備實時性、緊湊等特點。

3.2 圖形界面開發設計

圖形界面開發設計內容主要包括生產現場總體概貌、工藝流程畫面、設備設施運轉狀態、各設備具體分組畫面顯示、數據連續分析曲線、過程控制情況、各工作站整體特征顯示、歷史報警情況顯示等，一直在界面顯示的內容為實際需要重點監控和管理的部位。圖形界面需直觀地反映控制系統運行狀態、實時參數變化等，管理操作人員通過界面能夠直接看到設備工藝的溫度、壓力、流量、力矩、載荷等參數，進而判斷現場生產狀況，進行決策和遠程管理控制。

3.3 OPC數據包設計

OPC又稱用于過程控制的部件對象連接與嵌入，是一種標準的通信方式。OPC數據包設計時要充分考慮組態軟件應用和監控設備設施之間的兼容性，確保數據的讀取和寫入能夠順利完成。OPC數據包設計就是完成一套接口、方法、模式和屬性統一的標準，保證組態軟件基于Windows的系統和基于PC或手機的軟件組件能夠傳輸和交換數據。在油田生產監控管理信息系統設計開發中，組態軟件系統平臺作為OPC的客戶端，與服務器完成監控數據信息交換，進而對生產現場設備設施進行監控監測。

3.4 網絡發布設計

網絡發布是一種虛擬化稱呼，是指通過以太網服務器將監控管理信息系統傳輸的數據發布到操作者和用戶的模塊，用戶可以借助以太網服務器進行遠程的上網瀏覽，隨時隨地調閱和查看油田生產監控現場的過程信息。數據發布設計要考慮數據查詢、檢索和數據的圖像顯示、數據報表定義及其打印等功能，方便對油田現場生產過程數據進行歸檔處理。

4 系統應用

4.1 應用特點

組態軟件實現油田生產過程的監視和控制，具有以下功能特點：

（1）軟件平臺二次開發靈活，全面支持ActiveX技術，具有面向對象的動態圖形顯示靈活性和圖形庫應用的豐富性。

（2）強大的數據庫系統可進行實時數據和歷史數據的綜合記錄及準確的趨勢曲線分析。

（3）生產現場特殊情況的數據分析和預警報警功能管理是監控管理信息系統組態功能的最直接體現。

（4）接口和連接標準統一，支持各種軟件系統和設備平臺。

4.2 組態功能的應用

油田監控管理信息系統組態功能包括過程控制、順序控制、數據庫管理、歷史庫管理、圖形功能、數據報表管理等應用，具體應用功能內容如表1所示。

表1中所列出的組態功能即組態軟件在油田生產監控管理信息系統設計中的應用，通過組態軟件還可以實時增加其他相應的功能和模塊，滿足油田生產需要。表中應用功能包含了油田生產監控監測和預警報警的基本要求，完成了生產管理所需目的功能。分析表明，組態軟件在油田生產監控管理信息系統中的應用具有較好效果。

表1 油田生產監控管理信息系統組態功能的應用

5 結語

（1）通過對組態軟件和油田生產監控管理信息系統的分析，從數據庫系統設計、圖形界面開發設計、OPC數據包設計和網絡發布四個方面對組態軟件進行設計。

（2）將組態軟件應用于油田生產監控管理信息系統，從過程控制、順序控制、數據庫管理、歷史庫管理、圖形功能、數據報表管理等對其組態功能進行具體分析，突出了應用效果和內容。

[1]孫殿新．油田生產監控管理系統[J]．石油儀器．2013（8）：18-22．

[2]伍瑾斐，劉海．組態軟件與管理信息系統的深度集成化研究[J]．微計算機信息．2010，26（6）：50-53．

[3]楊新，汪琳娜．嵌入式油井監控系統的傳輸機制[J]．油氣田地面工程，2014，33（9）：65-66．

[4]李靖，王紅標．油田開發生產監控系統的開發和應用[J]．石油地質與工程．2010（9）：34-35．

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.019

基金論文：教育部中國教師發展基金會“十二五”規劃重點課題“高等職業院校教務管理信息系統的實踐研究”（CFTD1416181）。