CITECT上位機平臺在丘陵自動化的開發應用

濮興林

摘要：針對吐哈油田丘陵采油廠HONEYWELL DCS自控系統AM（Application Module）節點上的CLM（Communication Link Module）平臺報警頻繁和DCS的開放性能較差的問題，對采油廠的站外BB RTU（Remote Terminer unit）控制系統進行了系統的改造。把原BB RTU系統和HONEYWELL DCS系統連接的AM節點的CLM平臺處分開，增加了CITECT SCADA6上位機服務器和客戶端，利用上位機服務器R232串口和DCS的GUS6節點的R232串口，通過DDE使BB RTU系統與HONEYWELL DCS系統的連接，避開了CLM平臺的故障，解放了AM節點，從而解放了DCS系統。

關鍵詞：DCS；CITECT SCADA6；RTU輪巡；無線通訊；WEB

一、前言

丘陵采油廠從油田產能建設初期至今，生產井、測控數據成倍增長，全廠自動化控制系統暴露出許多不足及問題，主要有：（1）系統通訊故障頻繁、數據掃描更新速度慢、誤報警現象嚴重。RTU系統滿容，處理速度下降，站外RTU輪巡周期由以前的3分鐘延長到現在的8分鐘，生產數據不能得到及時更新。（2）DCS系統負擔過重。聯合站的DCS系統和輕烴DCS系統，硬件資源在建站初期冗余30%，目前資源已全部用完。同時聯合站和輕烴的APM容量不夠。DCS系統的數據不能實時網上發布[1]。必須著手解決：

（一）系統通訊故障頻繁、數據掃描更新速度慢、誤報警現象嚴重、站外RTU輪巡周期過長問題。

（二）聯合站DCS系統負擔過重。

（三）DCS數據開放問題及關鍵數據的WEB發布問題。

解決這些問題關鍵是解決丘陵采油廠DCS系統CLM平臺數據采集周期長和通訊故障問題。而這一問題關鍵是RTU系統的改造。

二、問題分析

（一）自控系統平臺CLM故障頻繁

丘陵站外RTU系統是一套引進美國Bristal babcock公司的無線遠程終端系統，負責丘陵油田所有外圍站油、水、氣井生產信息的檢測及單量采集與控制，是油田生產管理的重要環節。它與聯合站HONEYWELL DCS TDC3000系統的通訊，是用無線數字電臺的方式，經TDC3000的AM節點上的CLM通訊平臺進行通訊的。從1995投運以來，系統基本運行正常；但從2000年以后，由于站外RTU的不斷擴容，使TDC3000系統的處理量以達極限，CLM通訊平臺逐漸出現故障及誤報警現象，輪巡周期由以前的3分鐘延長至8分鐘，部分信號長達6小時上不來，CLMI平臺經常出現P-FAIL、FAIL和死機，信號報錯和失敗頻繁。雖經過多次優化通訊參數和通訊時間，仍無法從根本上解決信號報錯和失敗問題，給中控室操作人員造成假象，嚴重影響正常的生產監控，有時甚至無法監控。受TDC3000系統的CLM平臺與站外通訊失敗影響，導致系統關鍵節點HM、AM、NIM常出現報警故障，系統穩定性受到威脅，對聯合站、輕烴裝置的監控影響較大。

（二）DCS系統開放問題

聯合站的DCS TDC3000系統的US操作站升級為GUS工作站后，其數據的共享性能是通過DDE方式進行的，由于采油廠站內外的關鍵點數據加一起大約要1000點左右，而DDE在500點內的數據量下工作比較理想，所以系統給關鍵數據的遠傳管理層和進行WEB發布，帶來瓶頸[2-3]。

三、改造方案

（一）方案設計

根據以上現狀及問題，從技術完善的角度出發，提出將站內與站外監控分離的技術思路，憑借主流SCADA上位機系統的支持，可實現與外圍站RTU高速的通訊，本次改造，主要對RTU系統的上位機系統進行完善，解決：a.系統數據掃描更新速度慢、通訊故障頻繁、誤報警現象嚴重；b.DCS系統負擔太重兩大技術問題，實現了以下四項技術目標：

1.提高站外數據輪巡速率，使站外檢測點刷新頻率提高到30～60秒/次，使中控及時獲得外圍站變化數據的信息，提高安全保障性。

2.減輕外圍站數據對TDC3000系統的通訊壓力，使TDC3000系統負擔過重問題得以解決。

3.實現站內站外單量數據的集中統一。

4.實現丘陵采油廠的監控數據的WEB發布。

根據通訊方式及主站TDC3000系統結構改變的不同，制定了以下方案。在現有設備基礎上，增加主電臺數量實現分片輪巡。

主要涉及以下四方面的內容：

1.對站外無線通訊網絡進行重新規劃、配置和參數調整，并增加主電臺數量，分片輪巡，降低輪巡時間，全面提高數據通訊速率。

2.選定SCADA上位機平臺，實現所有外圍站終端處理系統的集成。

3.實時提取站內計量數據，送入SCADA上位機平臺實時數據庫，實現站外數據的集中和系統的整體連接。

4.形成動態開放數據源，為單量報表的自動生成提供數據。

（二）單量數據及系統的完整性保障措施

由于丘陵聯合站原系統中，單量數據不都是從外圍站采集，其中站內3具計量分離器的單量數據是由TDC3000系統采集的，在TDC3000系統中，站內采集的單量數據和外圍站采集的數據進行集中處理，形成完整的單量統計數據，所以完善后的系統，必須具備相同的功能和特點。

解決自控系統平臺CLM故障后，原來進入TDC3000系統的外圍站數據就進入SCADA上位機系統，將完全獨立于TDC3000系統，整套單量運算及處理將在SCADA上位機系統上完成，所以，所有的單量采集數據（包括外圍站和站內3具計量分離器）必須全部進入SCADA上位機系統。方案設計，充分考慮了現TDC3000系統的開放功能，采用DDE數據交換形式（采用熱動態連接交換編程策略，數據刷新率<2秒/次），方案采用OPC數據交換形式，實時提取站內3具計量分離器的數據，并提交到SCADA上位機系統實時數據庫中，形成系統點，從而保證了單量數據及系統的完整性，以上改造可以解決好丘陵采油廠DCS系統故障、誤報警及外圍站RTU系統數據上傳問題，投資較少，并且可以充分利用已有設備，所以我們采用了此方案。

四、方案實施

（一）上位機監控平臺的確認

由于此次項目對上位機系統的要求較高，經對比、技術交流及經濟等方面因素考慮，最終我們確認上位機的平臺選用CITECT SCADA6監控平臺，保證系統各項技術性能及指標的實現。

1.上位機系統的歷史記錄及報警功能。對所有點組態歷史記錄及報警功能，實現數據的歷史查詢和畫面的實時報警功能，歷史記錄及歷史數據的保存時間由工藝要求而定，實時報警為聲光報警，事件歷史記錄查詢。

2.數據開放。方案所選CITECT SCADA6上位機系統支持DDE及OPC，具備數據開放的功能以及畫面切換操作。

（二）完成CITECT SCADA6上位機系統與RTU DPC3330控制器的無線串行通訊

實現上位機系統與RTU系統的Modbus rtu協議的通訊，并完善通訊鏈路結構，實現遠程下載。

1.現狀描述。原RTU系統通過TDC3000系統的CLM進行通訊，數據提交于TDC3000系統以GUS畫面的形式進行監控，目前系統已實現了2個片區的分片輪巡，經測試滿足要求。

2. 方案詳述。根據以上情況，結合丘陵實際情況，我們從技術角度出發，提出以下RTU 系統實施方案：

（1）上位機系統配置。上位機安裝WIN2000操作系統，在WIN2000系統上安裝CITEC上位機監控平臺、OPEN BSI NETVIEW、OPC SERVE應用平臺， 通訊波特率：9.6K。

（2）無線通訊解決策略。由于丘陵外圍站1、2計離主站較遠又有山坡阻擋，所以，為了保障整套RTU系統的通訊，我們利用了現有的單井自動化中繼塔加裝無線中繼電臺，實現1、2計與主站的穩定通訊。

（3）系統運行模式。系統采用服務器/客戶端應用模式，中控增加兩臺工控機，一臺配置為CITECT服務及操作瀏覽器，加裝CITEC上位機監控平臺、OPEN BSI NETVIEW和OPC SERVE應用平臺，負責與站外RTU實現通訊獲得數據；一臺配置為CITECT瀏覽客戶機（雙網卡），提供給用戶操作瀏覽或網絡發布。如圖1所示。

（4）站內外計量數據的統一。解決自控系統平臺CLM故障后，原來進入TDC3000系統的外圍站數據就進入Citect Scada6.0上位機系統，將完全獨立于TDC3000系統，整套單量運算及處理將在Citect Scada6.0上位機系統上完成，所以，所有的單量采集數據（包括外圍站和站內3具計量分離器）全部進入Citect Scada6.0上位機系統， TDC3000系統的開放功能是依靠DDE，采用DDE數據交換形式（采用熱動態連接交換編程策略，數據刷新率<2秒/次）實時提取站內3具計量分離器的數據，并提交到Citect Scada6.0上位機系統實時數據庫中，形成系統點，從而保證了單量數據及系統的完整性，實現數據統一，系統示意如下：（圖1）程序工作量最大，Citect Code 語法結構和主要函數、使用方法、各站單量數據接口表及單量程序太多，不一一列舉，例如：

CITECT Code 主要函數及使用方法：

①Sleep（秒）? ? ? ? ? ?時間延遲

sleep（1）;? //延遲1秒鐘

②Sleepms（毫秒）? ? ? 時間延遲

sleepms（500）;? //延遲500毫秒

③DDERead（”應用程序名”，”數據源名”，”數據項名”）? ? ? DDE數據傳送

DDERead（"Excel"，"系統數據"，”R1C1”）;

從EXCEl的“系統數據”表格的1行1列中讀取數據

DDERead（"Excel"，"單井單量數據保持 "，”R10C2”）;

從EXCEl的“單井單量數據保持”表格的10行2列中讀取數據。

（5）外圍站單量處理。外圍站選井站的倒井信號經無線上傳到了CITEC上位機平臺的標簽點中，由CITECTCicode單量程序將信息發送給相應的計量站，計量站RTU接收信息后自動開始計量或終止計量，計量結果自動生成并上傳到了CITEC上位機平臺的標簽點中，由Citect Cicode單量程序進行存儲。如圖2所示：

外圍站選井站的倒井信號經無線上傳到了CITEC上位機平臺的標簽點中，由CITECT Cicode單量程序接收信息后自動開始計量或終止計量，計量結果自動生成并進行存儲，流量數據由TPS通過TPSDDE開放協議傳送并實現累積積分運算。

3.上位機監控畫面的瀏覽、操作模式

由于原GUS（Global User Station） 面具有操作靈活、流程形象、界面友好的特點，又由于CITECT與GUS均屬于32位的WINDOWS應用平臺，所以此次外圍站完善中我們力求在CITECT系統上實現與GUS相同的流程圖畫面應用，以保持操作及應用的連續。

4.RTU、Netview、OPC Server的關系

如圖3所示：RTU負責現場的數據采集、處理、控制、和發送；NETVIEW對RTU進行遠程組態設置、數據接收、存儲；OPC Server是用于Netview與外圍上位機平臺（如CITECT平臺）或第三方應用程序之間進行數據通訊的連接，OPC Server被正確設置后，會向外圍上位機平臺或第三方應用程序提供標準的OPC（OLE for Process Contol）? 協議，實現外圍上位機平臺或第三方應用程序與Netview的數據連接，OPC Server點接口表一經建立，在外圍上位機平臺（如Citect平臺）或第三方應用程序向NetView提出連接請求時會自動啟動，無需再做工作。如圖4所示。

5.完成單量報表接口配置及調試

報表接口主要保持原有系統的應用，在CITECT系統中為報表專配了數據表，與原系統保持一致，通過Cicode代碼實時寫入單量數據，實現了報表接口和數據自動采集。CITECT服務器與CITECT客戶端通過TCP/IP組成網絡應用結構，與TDC3000系統的上位機通過串行電纜相連，實現了主從數據交換及與老系統的數據交換。

五、結語

此次改造在滿足生產運行、工藝要求的基礎上，通過技術手段充分地利用了現有資源，提高了站外數據輪巡速率，使站外檢測點刷新頻率提高到30～60秒/次，使中控及時獲得外圍站變化數據的信息，提高安全保障性；減輕外圍站數據對TDC3000系統的通訊壓力，使TDC3000系統的滿容的問題得以解決；實現站內站外單量數據的集中統一；實現丘陵采油廠的監控數據的WEB發布。充分應用了INTERNET網絡的經濟實用性，為全廠信息一體化，油公司的數字化油田建設打下了堅實的基礎。H

參考文獻

[1]Honeywell.Micro TDC3000[M]. Users Manual.1996

[2]張德泉.集散系統原理及其應用[M].電子工業出版社.2015.

[3]張雪申.TDC-3000集散控制系統[M].化學工業出版社.1997.