國產SCADA 系統智能組態功能的研究與應用

寇苗苗，呼 軍，馬 東，吳 揚，翟羽佳

（中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710014）

某采氣廠自2011 年以來，用的SCADA 軟件一直為進口監控系統。隨著技術安全和未來工控系統的發展需要，長慶油田2019 年通過安全性、穩定性、經濟性等全方位評估，決定在各采氣廠天然氣生產井場搭建國產SCADA 系統，長慶油田采氣五廠作為首個試驗區塊積極響應，將2 000 余口天然氣井的數據接入國產SCADA 系統HiaPlan（tSmartContral），以信息技術安全助力企業提質增效。

為了更好的監測采氣井的狀態、監控相關生產設備，每增加一口井，都要在SCADA 系統軟件上做大量的組態，耗費大量的人力并存在較大的風險。由于每座井場的控制系統在新井投產、運行維護和技改升級的不同階段，都會由不同的人員進行組態和調試作業，選用的相關設備、監控方式不盡相同，給系統組態和后期運行維護都帶來很大的不便[1-4]，但隨著油田標準化建設的推進和對工作效率的高要求，對SCADA 系統軟件提出了更多的要求，“仿真人工智能一鍵加井”就是其中最典型的需求。

1 智能組態功能的研究

在氣井采氣生產的過程中，為了更好的監測采氣井的狀態，監控相關生產設備，每增加一口井，都要在SCADA 系統軟件上做大量組態和畫面繪制工作，耗時長并且存在人為原因造成的組態錯誤，致使單井現場數據與遠傳數據不符，智能加井的需求便由此產生。經過對全廠2 000 多口采氣井的資料、程序、系統畫面、通訊方式等的統計、分析、比對逐步梳理出了智能加井的研究思路，通過研究明確仿真算法，再通過大量的數據進行優化，研究主要分為三部分（見圖1）。

圖1 研究路線

2 智能組態功能開發

2.1 標準化

由于每座井場的控制系統在新井投產、運行維護和技改升級的不同階段，都會由不同的人員進行組態和調試作業，選用的相關設備、監控方式不盡相同，給系統組態和后期運維都帶來很大不便。針對這種情況，對以往管理體系中關于數據管理、數據監控、設備管理、通信鏈路管理等的內容進行梳理，并結合現場實際，形成了《SCADA 監控管理要求》、《SCADA 監控畫面要求》、《位號分配及說明》、《通信鏈路調整方案》等標準化文件，從井口設備的功能、數據的命名、數據的采集方式到數據走向都做了詳細的規定，為智能加井奠定了基礎，同時起到了提質增效的作用。

2.2 模擬仿真

通過對各個井口現有設備工作方式、狀態、數據采集方式、數據類型等的匯總研究，通過對各個井的加井過程的調研與總結，通過標準化的研究，對“智能加井”進行定性和定量的描述，建立系統的數學模型。模型以靜態的集中參數模型為主，對于動態的部分則通過輸入參數加以區分。建模的過程是對前期數據收集和調研成果的信息處理過程，通過演繹和歸納的方法分析出規律性的內容，再加以數學邏輯推導來建立模型，進而轉化為仿真算法所能處理的仿真模型。在模型建立好以后，需要對模型進行檢驗，首先由專家對模型作分析評估，然后對建模所用數據進行統計分析，最后對模型進行試運行，將初步仿真結果與估計結果相比較。

2.3 功能開發

根據建立的模擬仿真模型，結合操作人員、管理人員對智能加井的功能需求，在原有HiaPlant（Smart Contral）系統的基礎開發出應用模塊。該模塊實現了對集輸與柱塞氣舉、氣井間開[3，4]、自動注劑等裝置的組合添加。畫面及數據庫，具有模板化，公式化的特點，可根據某個采集廠或集氣站中的特色需求，便捷的進行修改。

2.3.1 功能需求

（1）加井功能只能在SCADA 系統的工程師站進行相關操作（授權操作）；

（2）需要能夠根據井的類型選擇同時添加“集輸”“集輸和柱塞”“集輸和間開”或“集輸和注劑”的監控畫面；

（3）生成的數據位號命名規則、描述、地址等均應符合命名規則，自動生成點表；

（4）所有數據自動關聯到監控畫面；

（5）對于不同的通訊鏈路能夠自適應；

（6）進行PLC（RTU）驅動配置和通訊連接；

（7）進行實時和歷史數據庫的配置；

（8）完成通訊鏈路圖、干管鏈路圖、趨勢圖、報警畫面的修改，以及畫面跳轉的鏈接；

（9）新增井自動添加到一鍵關井的邏輯中；

（10）第三方通訊數據接入和顯示；

（11）基礎數據（見圖2）；

圖2 智能加井對話框

（12）I/O 點（見表1）。

表1 柱塞井點表

2.3.2 智能加井功能應用前后的對比

2.3.2.1 開發智能加井功能前 首先添加數據采集服務，選擇添加IO 服務器修改井類型、使用的通訊協議并設置（包括別名、描述、通信周期、IP 地址、端口號）、配置通信組參數（包括別名、描述、功能碼、ID、寄存器開始地址、超時時間、更新模式等）、新建標簽（包括標簽屬性、描述、IO 屬性、是否進歷史庫、趨勢采集周期、標簽類型、初始值、位置屬性、單位、量程、報警限值、報警級別）、添加第三方通訊及標簽。然后新建集輸畫面、柱塞畫面（或間開畫面、注劑畫面），復制圖素、關聯標簽名；總貌組態一鍵關井算法組態；修改通訊鏈路圖、干管鏈路圖、趨勢圖、報警畫面以及所有相關畫面跳轉按鈕的鏈接，組態流程（見圖3）。

圖3 組態流程圖

2.3.2.2 智能加井過程 在工程師站的工程頁面，點擊“智能加井”按鈕，填寫基礎數據，系統根據基礎數據完成相應類型井的所有組態工作，可同時添加多口、多類型井，信息欄詳細顯示加井組態的過程和時間，加井成功，操作人員可根據信息欄提示內容進行檢查，檢查無誤后編譯、下裝，系統會按照選擇集輸、柱塞、間開的類型可智能完成加井過程，生成對應的監控界面。

3 結語

目前智能加井已上線應用，并通過此功能增加了近200 口產建新井，相比建設初期繁瑣的手動加井，智能加井功能縮短了加井步驟，節約了時間，提高了單井組態的準確性，且操作便捷、運行穩定。同時通過智能加井功能的研究與應用，進一步促進了采氣廠的標準化進程，并使相關標準在實際應用中得到檢驗和細化；建立仿真模型過程中演繹與歸納的方法也為以后的工作提供了一種全新的思維方式。

隨著計算機技術的快速發展，通過智能化提高人員的工作效率已成為一種趨勢，SCADA 系統軟件也應與時俱進，提供更多、更靈活的功能，以利于工程人員的使用和系統的穩定可靠，對于油田也是一種降本增效的方式。同時，本文希望以智能加井的功能為例，說明對于重復性強的、標準化程度高的、耗費較大人力物力、容易出錯的功能也可進行類似的智能化研究。