油田信息系統(tǒng)中SCADA與WebGIS集成的實現(xiàn)

崔 勇,王雙明

1.陜西中煙工業(yè)有限責任公司,陜西西安 710065

2.西安歐亞學院,陜西西安 710065

油田信息系統(tǒng)中SCADA與WebGIS集成的實現(xiàn)

崔 勇1,王雙明2

1.陜西中煙工業(yè)有限責任公司,陜西西安 710065

2.西安歐亞學院,陜西西安 710065

本課題是基于長慶油田分公司第一采氣廠信息系統(tǒng)項目為背景展開研究的，通過建立油田WebGIS系統(tǒng)，使得油田管理信息化、可視化，同時集成SCADA系統(tǒng)，動態(tài)監(jiān)測油田生產過程。

信息系統(tǒng)；WebGIS；SCADA

隨著油田開發(fā)時間的增長，我國中西部及東部的油氣田大部分己經進入了中后期開發(fā)階段，在整個生產開發(fā)過程中，積累了大量的包括各種地質圖件在內的地質信息和開發(fā)生產管理信息，這些信息的綜合應用對油氣開發(fā)生產具有很重要的意義。因此，在石油行業(yè)，利用先進的軟件開發(fā)技術，對這些圖形、圖像信息進行有效而便捷地存儲和應用已成了擺在軟件開發(fā)人員面前的重大課題。在國外，不少石油軟件公司，如GeoQuest，Landmark都努力使自己的軟件集成化形成所謂的油氣開發(fā)生產“一體化”解決方案。而國內信息管理的軟件尚未做到與具體的空間位置關聯(lián)，亦不能進行生產過程的實時監(jiān)控。

本課題是基于長慶油田分公司第一采氣廠信息系統(tǒng)項目為背景展開研究的，本文通過建立油田WebGIS系統(tǒng)，使得油田管理信息化、可視化，同時集成SCADA系統(tǒng)，動態(tài)監(jiān)測油田生產過程。

SCADA是英文“Supervisory Control and Data Acquisition”的縮寫，意即“監(jiān)視控制和數(shù)據采集”。SCADA系統(tǒng)是建立在計算機基礎之上的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，可以完成對現(xiàn)場數(shù)據的實時采集和傳輸、對工業(yè)現(xiàn)場進行本地或遠程的控制，并對工藝流程進行全面、實時的監(jiān)視；從而為生產、調度和管理提供必要的數(shù)據。SCADA系統(tǒng)可以分為兩部分：一是分步式的數(shù)據采集系統(tǒng)，即智能數(shù)據采集系統(tǒng)，通常稱之為下位機；另一個是數(shù)據處理和顯示系統(tǒng)，即上位機HMI (Human Machine Interface，人機界面)系統(tǒng)，本章研究的SCADA模塊是指后者。

1 SCADA與WebGIS集成的原因及方式

SCADA系統(tǒng)通常應用于工業(yè)控制管理，由于其自身原因，在廣泛應用方面存在一定局限性。其局限性如下：

1）SCADA系統(tǒng)在使用時必須安裝專業(yè)的客戶端程序，配置復雜操作繁瑣，相對于用戶僅僅查看信息的需求而言比較復雜；

2）目前，采氣一廠由于考慮到網絡安全方面的要求，對整個廠區(qū)內的IP段進行了劃分，某些部門和管理人員無法訪問當前SCADA數(shù)據庫；

3）為了保證信息數(shù)據的安全性，在Internet網絡安全訪問方面采用了防火墻，如果其他外網客戶訪問油田數(shù)據只能通過Http方式，其他方式被禁止；

4）SCADA系統(tǒng)數(shù)據為實時監(jiān)控數(shù)據，其保存有一定的時限。

由于以上幾點問題，如何將現(xiàn)有的數(shù)據資源真正的用于生產，杜絕信息孤島，已經成為SCADA系統(tǒng)廣泛應用的瓶頸。

Web信息數(shù)據發(fā)布可以解決當前SCADA系統(tǒng)面臨的信息發(fā)布問題，通過SCADA數(shù)據監(jiān)控服務，實時的將系統(tǒng)中用戶關心的數(shù)據讀取到其他數(shù)據庫，并將該數(shù)據通過Web方式進行分發(fā)。從而解決信息數(shù)據發(fā)布的問題，也能夠保證實時數(shù)據的安全性，該處理方式不影響SCADA系統(tǒng)本身，也能夠解決SCADA數(shù)據的備份。

采用WebGIS中的圖像發(fā)布程序可以將專業(yè)的SCADA流程圖進行網絡發(fā)布，從而解決了不必要的圖像處理過程，降低成本，而且能夠達到及時更新圖像的問題。并且可以通過瀏覽器進行地理查詢，用戶可以很直觀的查看到整個廠區(qū)的各個設備單元的生產情況。通過和各項報表數(shù)據的結合，使生產管理者能夠更好的應用和決策。

實現(xiàn)SCADA與WebGIS集成主要在于數(shù)據共享，就是要解決SCADA與WebGIS數(shù)據格式不一致的問題。數(shù)據格式一致了兩個系統(tǒng)可以互相轉換數(shù)據，用戶只需要維護一次就能實現(xiàn)數(shù)據共享。這樣可以減少數(shù)據冗余，減輕用戶工作量。

2 集成技術研究

SCADA與WebGIS的集成有兩種結構：緊密集成結構和松散集成結構。

1）緊密集成結構

在這種結構中，SCADA系統(tǒng)與WebGIS系統(tǒng)緊密集成。SCADA系統(tǒng)只提供基本的數(shù)據采集和監(jiān)控服務，既不運行維護界面，也不對網絡建模。只是作為后臺系統(tǒng)向WebGIS提供實時數(shù)據。接受WebGIS系統(tǒng)的命令進行遙控操作。SCADA也可將表示層的應用，譬如圖形、報表、曲線和告警等，集成在WebGIS系統(tǒng)中。

2）松散集成結構

在這種結構中，SCADA系統(tǒng)與WebGIS系統(tǒng)耦合較為松散。SCADA作為一個獨立的平臺存在，所有SCADA的功能都要求系統(tǒng)實現(xiàn)，只是監(jiān)控的對象由廠站內相對集中的設備擴充到現(xiàn)場設備。SCADA系統(tǒng)與WebGIS系統(tǒng)或其他系統(tǒng)通過交換實時數(shù)據實現(xiàn)集成。

集成系統(tǒng)的數(shù)據可以分為靜態(tài)數(shù)據和動態(tài)數(shù)據兩部分。動態(tài)數(shù)據包括采集量、計算量等；靜態(tài)數(shù)據主要包括設備的屬性數(shù)據、用戶數(shù)據等。作為一體化數(shù)據，這兩類數(shù)據對系統(tǒng)各模塊是統(tǒng)一存取的。由于WebGIS在普通數(shù)據管理的基礎上增加了空間信息，其數(shù)據管理、組織能力較以往強大。WebGIS系統(tǒng)建立和管理的數(shù)據綜合了空間信息和設備信息，既能方便的進行查詢和管理，由能為其他應用提供一個具有空間信息的網絡模型，為自動化管理提供基礎數(shù)據平臺。SCADA則作為動態(tài)數(shù)據的組織者，負責動態(tài)數(shù)據的采集、存儲和更新等。

WebGIS以地理信息為基礎，將設備信息和用戶的地理位置信息等聯(lián)系起來，并將動態(tài)信息、用戶屬性等建立關聯(lián)。

3 SCADA與WebGIS集成的實現(xiàn)

3.1 基于接口技術實現(xiàn)SCADA與WebGIS的集成

油田信息系統(tǒng)中的WebGIS不是單純的GIS，它需要與企業(yè)現(xiàn)有的其他信息“無縫連接”。也就是說，要在數(shù)據庫平臺和其他系統(tǒng)或第三方工具之間運用一種工業(yè)標準的約定或接口，只有遵循了這樣的工業(yè)標準才能集成WebGIS與SCADA系統(tǒng)。

基于接口技術實現(xiàn)SCADA與WebGIS的集成，步驟如下：

1）聯(lián)系建立

利用在系統(tǒng)平臺上安裝的數(shù)據庫軟件Oracle，將PLC設備采集來的原始監(jiān)測數(shù)據保存到SCADA數(shù)據庫中，通過ODBC方式就可以訪問SCADA數(shù)據庫中的這一部分數(shù)據。

2）數(shù)據傳遞

對于實時數(shù)據，可以通過系統(tǒng)平臺提供的COM服務來訪問，通用的開發(fā)環(huán)境都能夠訪問到此服務。

3）數(shù)據監(jiān)控

利用現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)自動監(jiān)測和自動控制功能，取得監(jiān)測數(shù)據，配合WebGIS中相關數(shù)據，將設備信息發(fā)布到Web頁面。

SCADA系統(tǒng)與WebGIS系統(tǒng)進行通信，在WebGIS上顯示SCADA數(shù)據，進行監(jiān)控。若WebGIS系統(tǒng)中的操作影響SCADA系統(tǒng)數(shù)據發(fā)生變化，SCADA系統(tǒng)根據WebGIS標示讀取并更新數(shù)據，保證集成系統(tǒng)中數(shù)據的一致性和唯一性。

考慮數(shù)據采集過程的重復性，對于動態(tài)數(shù)據，每隔一段時間采集一次數(shù)據，就可能出現(xiàn)一個重復采集的問題，所以應將采集來的實時數(shù)據與原始數(shù)據進行比對。由SCADA系統(tǒng)負責提供接受實時數(shù)據的動態(tài)鏈接庫，WebGIS系統(tǒng)根據具體要求動態(tài)加載，并獲取實時數(shù)據。

SCADA系統(tǒng)數(shù)據讀取服務是整個系統(tǒng)中數(shù)據的保證，通過SCADA系統(tǒng)提供的SDK，可以很方便的將設備信息數(shù)據進行讀取，但如何高效率的讀取數(shù)據和發(fā)布數(shù)據是這個服務最關鍵的環(huán)節(jié)。

SCADA數(shù)據讀取具體實現(xiàn)如下：

通過SCADA系統(tǒng)提供的VBA方式對其數(shù)據進行讀取。

’根據傳入的點的范圍讀取制定數(shù)據點的參數(shù)

3.2 WebGIS中SCADA數(shù)據的讀取

在本系統(tǒng)中通過調用HoneyWell公司提供的數(shù)據訪問接口，讀取SCADA實時數(shù)據并在流程圖中顯示出來。

3.2.1 程序邏輯

1）通過對SCADA系統(tǒng)中的業(yè)務界面進行圖庫建立，通過影像圖配置模塊實現(xiàn)；

2）對各個影像圖中數(shù)據熱點位置進行部署；

3）通過SCADA數(shù)據監(jiān)控服務實時讀取各個SCADA數(shù)據庫中的數(shù)據；

4）采用IE瀏覽器中圖層方式進行數(shù)據刷新，保證了程序頁面無閃爍。

圖1 SCADA數(shù)據顯示程序邏輯

3.2.2 程序代碼

SCADA數(shù)據配置和顯示的導航，在Struts中Action的實現(xiàn)方法如下：

通過SCADA接口，對應的將各個站點、及站點內的設備（目前由于地圖信息不完整，只能做到站點，站點內的設備地圖需要后期完成）情況進行查看。真正的實現(xiàn)了地理、生產、設備三位一體的關聯(lián)。SCADA數(shù)據顯示界面如圖2 。

圖2 SCADA數(shù)據顯示界面

[1]吳靜.勝利油田ERP實施和全面信息化建設研究[D].中國石 油大學，2007.

[2]藍景英.軟件集成測試研究[J].北京：信息技術，2006 (3)：101.

[3]左聲偉.基于SCADA和GIS技術的供水管網調度系統(tǒng)[J].平 頂山工學院學報，2005，1.

[4]朱毅.GIS與SCADA集成中數(shù)據一體化技術的研究[J].計算 機與數(shù)字工程，2007，35.

[5]劉亞新.GIS與SCADA集成技術研究[J].電網技術，2007， 8.

TE9 ，TP315

A

1674-6708（2010）24-0196-03