SCADA系統在油氣田中的應用

楊智，吳蕾，李林健，姚渝琪(中國石油西南油氣田公司通信與信息技術中心，四川 成都 610051)

1 SCADA系統的構成和原理

1.1 SCADA系統構成

SCADA系統的運行中，分成分布式數據采集系統和數據的展示與處理系統兩個部分。其中，對分布式數據采集系統來說，目前主要包括兩種設施：一類是電學信號的轉化類裝置。在這類裝置的使用中，如：壓力傳感器、流量傳感器等，尤其在油氣田的開采中，目前已經開發出了大量的測量設施，尤其是在管網系統中使用的各類儀表，會把管網系統的當前運行參數直接轉變成電信號，這類電信號會被傳遞給系統的接收與分析裝置，以全面分析目前的各個區域運行狀態[1]。另一類是視頻監控信號，對一些重點區域要設置視頻監控設施，并派遣專業人員監控，同時取得的視頻信息也要記錄時間。數據的展示和處理系統需要使用計算機系統完成所有數據的接收和取得工作，針對不同類型的信息，配置不同的信息對比方法與分析裝置，以直接取得各類信息。

1.2 SCADA系統原理

系統的運行原理本質上可以分成兩種：一種是形成了“類反饋控制系統”的控制機制；另一種是直接構成了反饋控制系統的工作機制，此時可以根據SCADA系統的工作原理，取得所有的管理性的信息。對反饋控制系統的構造過程采用的工作方法為：直接按照當前的分布式信息取得裝置，取得所有的系統運行參數，之后借助反饋系統協調運行方案。對于所謂的“類反饋控制系統”，在系統的運行中要根據取得的視頻信息，使所有的人員都可以完全按照目前的工作方案得到信息。

2 SCADA系統在油氣田中的應用方法

2.1 傳感器配置

SCADA系統的運行中，需要根據當前的信息處理方法和裝置的配置方案，取得所有的信息收集方案。目前的技術應用中，大量的設備都已經可以將取得的目標信號轉變成電信號，且電信號要能夠被控制中樞所接收，之后從中取得各類專業性的控制信息。此外，對于一些特殊性的設施，比如：電力控制系統、區域或空間環境的監控設施、人員的管理設施等，則需要配置出一些特殊類型的傳感器。其中對區域和環境的監控設施，主要配置的設施為監控探頭，借助該設施實現對周邊區域的全方位監管，之后充分帶動整個系統的正確監管。對人員的管理裝置，則包括人員的學習情況、管理方案、人員的學習時間等，這類設施也都可以作為傳感器看待。

2.2 通信裝置配置

在配置了各類傳感器之后，需要構造配套的通信系統。通信裝置的配置和投建過程，需要研究當前整個系統信息傳遞方案、信息的穩定傳遞需求、信息的傳遞目標等，在獲取了所有這類關鍵性的信息之后，則需要對通信裝置的配置方法進行分析。其中視頻信息的數據化傳遞中，產生的數據量龐大，在具體的處理過程，就需要分析圖像的傳遞過程中對于數據信息的傳遞需求度，之后無論是信息的傳遞線纜選擇過程，還是信號傳遞總量的記錄與分析過程，都要在這其中構筑專業性的信息處理裝置。此外該過程中也包括其他需要傳遞信息與數據的通信裝置，對于分布式的監管系統來說，也要構造大量的信息傳遞設施，以提高信息的傳遞穩定度。

2.3 信息分析軟件配置

SCADA系統的構造過程，需要完成對于各類信息的收集與分析，其中對于信息的分析軟件來說，主要有兩類軟件信息：一種是自動化的控制系統；另一種是直接向外展示的信息[2]。前項工作中，可以建立傳統控制論與現代控制論下的自動化控制系統，其中傳統控制論下的控制方案和決策已經經過了長時間的使用并得到了良好的結果，比如：PID控制、PLC控制等。這類技術的使用中，可以把各類傳感器傳回的信息都可進行直接展現，并且得到的數據進行比較，代入到分析模型中，如發現得到的數據和運行方案不匹配時，由該軟件自動做出調整。當然，PLC控制系統也允許專業人員對整個系統做出調整。

2.4 信息分析硬件配置

在信息的分析過程中，需要完成針對整個系統運行軟件和信息的分析硬件分析工作，其中對于已經構造了的信息分析裝置中，主體上可以分成3個部分：首先是涵蓋傳感器、通信裝置、監控探頭在內的信息分析裝置，借助這類裝置取得所有經過了專業性處理的硬件設備；其次是承載軟件系統正常運行的計算機裝置，計算機裝置的使用中，需要能夠完全按照這類專業性裝置的使用，使得取得的專業化管理工作質量可以得到全面分析，同時考慮到SCADA系統的運行中，此時會產生大量的數據流，這對各類設施的運行方法與信息承載能力都提出了新的要求；最后是各類輔助性的設施，比如：電力裝置、安全保障裝置、人員或設備的狀態直接調整裝置等，此時則可以帶動整個系統的完善正確運行。

2.5 管理模型升級方法

在SCADA系統的使用中，針對不同的控制系統、調整方案與監管體系來說，需要充分建立一套行之有效的管理要素，在得到了所有這類專業化的管理設施之后，需要對管理模型做出調整。新時期的SCADA系統構造過程，需要在其中配置多種不同的控制模型，比如對于傳統控制論下的PID控制系統中，通常會通過建成閉環負反饋系統協調相關裝置的運行參數，而這類系統通常為二級自動控制系統，該系統中需要合理調整的參數包括信號的放大倍數、自然震動頻率、阻尼系數等，之后根據這類參數的綜合取得控制成果進行分析。如果發現得到的控制結果與期望值不符，則需要對這類參數進一步調整。

3 SCADA系統在油氣田中的應用要點

3.1 傳感器要點

在傳感器的配置中，要根據SCADA系統的配置要點和信息的收集、處理要求，得到各類專業性的信息和所有需要選用的專業化信息，方可為該系統的后續建設方案、使用要點和信息的處理工作要點建立對接性的工作關系，從而確保當前建成的所有專業性的管理工作方案和已經得到的信息進行直接性的對照。此時，應充分提高該系統的運行質量，在各類設施的建設中，也必須要構造專業性的設施，且所有設施要具備自動化、精準性乃至初步的智能化[3]。對于油氣田中的管網系統，需要實時測量并分析各個子區域的管網參數，如：介質流量參數，當前已經開發出了多種專業性的管理設施，可使用電磁性流量計，以分析在目前的信息處理和信息傳遞中，直接使用該裝置取得各項參數，并且該電磁流量計取得的所有測量參數在利用過程中，可以全面根據當前的信息整合方案，借助電信號取得各類信息。

3.2 通信裝置要點

在通信裝置的配置中，要點主要有：(1)通信裝置的整體性配置。在各類信息的協調中，需要建成所有信息和數據的整合工作機制。數據有兩種：一種是視頻信號；另一種是各類電信號。對于電信號，主要構造的信息方案中，需要由監控探頭取得，并且所有這類設施的使用中，要根據這類設施的使用方法和應用原則，得到專業化的數據，由于視頻信號的流量過大，尤其是對于高清視頻信號，單位時間內傳遞的字節數值極大，所有此時需要分析通信裝置的使用方案與配置原則，分析這兩類裝置的配置方法。(2)數據的固定傳遞方案建設。在信息的整合過程中，并非所有的裝置在運行中，都適合采用集中性傳遞方式，因為不同的信號對于自身的運行精度有不同的要求。對高信號精度要求設施的建設過程中，適合采用專門線路的方式進行構造。此外也要根據這類信號的協調性運行工作方案和工作要求，以得到所有的專業性建設信息。(3)新型技術的使用。傳統的信息技術使用過程中，如果單純根據當前的信息處理工作方法與信息的協調模式，很可能無法順應當前的所有工作信息要求。在信息的專業化處理過程，可以使用5G通信技術逐漸性地替代原有的無線通信技術，且廣泛使用光纖通信技術提高信息傳遞速率。

3.3 分析軟件要點

在軟件的配置過程和使用過程中，需要根據SCADA系統的軟件設施建設方法與管理要素進行建設，要根據當前的信息處理工作要素與信息的分析工作要素，共同論證當前的軟件運行狀態[4]。在軟件的設置過程，處理工作要點：一個是管理工作要點的配置過程要防范各類問題；另一個是要完成針對軟件的升級與管理工作。在軟件配置中，必須要根據所有設備的裝配方案給出結果，尤其是對于起到自動控制功能的軟件，要根據SCADA系統的信息收集、處理以及升級工作為研究對象，確保當前的信息處理結果符合要求。對軟件的升級工作，要根據硬件設施的處理工作要點和功能做出分析，比如某個管網子系統的電磁流量計做出了升級，則在軟件系統的處理過程中，要根據該設備的所有參數，對軟件中針對該系統的性能方面參數做出升級。

3.4 系統硬件要點

在SCADA系統的建設過程中，其中必然需要建成多種硬件設施，其中硬件設施包括各類需要科學配置的傳感器、供配電系統、承載軟件運行的計算機設施等，要求所有設施的使用中，需要依照各類設施的使用方法和運行方案。硬件的配置要點中：一要確保所有硬件設備的處理工作方法和運行參數符合工作標準，在得到了這類信息的處理和管理工作信息之后，則要保證所有硬件設施的運行質量，比如：在各類專業性設施的使用中，要分析這類設施的使用原則專業配置；對于電磁流量計、計算機設施以及供配電裝置等，裝配之前的設施都要經過質量檢查，以確保得到的分析結果符合標準。另一個是硬件設施的運行質量要得到保持，必要時采用安全保障設施確保運行穩定性，比如：對于監控探頭，就需要在其中配置環境防護裝置。

4 結語

綜上所述，SCADA系統在油氣田的使用中，使用方法包括傳感器的配置、控制中樞的配置、信息傳遞系統的配置等，得到了這類信息之后方可提高運行質量。在使用要點方面，包括硬件使用要點、軟件配置要點、通信裝置配置要點等，精準落實使用要點以確保整個系統的正常運行。