油田的自動化監(jiān)控系統(tǒng)探析

屈 靜 馬瑞竹 杜春龍

（1、中國石油西部管道塔里木輸油氣分公司，新疆 庫爾勒 841000 2大慶輸油氣分公司，黑龍江 大慶 163458）

油田的一個采油廠由多口油井、計量站、管匯閥組，轉(zhuǎn)油站，聯(lián)合站、原油外輸系統(tǒng)、油罐以及油田的其它分散設(shè)施組成，那么整個采油廠的各種設(shè)施的工作狀態(tài)及采出油品的數(shù)據(jù)（主要有溫度、壓力、流量等）就直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的穩(wěn)定及原油質(zhì)量。目前大多由人工每日定時檢查設(shè)備運行情況并測量、統(tǒng)計采油數(shù)據(jù)。由于油井?dāng)?shù)量多且分布范圍由幾十至上百平方公里，這種方式必然使工人勞動強度加重，并且影響了設(shè)備監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實時性，甚至準(zhǔn)確性。也同時存在筆誤，作假等隱患。這樣會導(dǎo)致上層無法正確了解到現(xiàn)場的真實情況，并且不能根據(jù)生產(chǎn)所消耗的實際勞動力等數(shù)據(jù)，制定較有效、靈活的處理方案。所以油廠的自動化、信息化就顯得極為突出。

為了實現(xiàn)油田數(shù)據(jù)信息化、網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)全局共享，廠長、總工等管理人員利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)查看其監(jiān)控點的數(shù)據(jù)，打破各個監(jiān)控現(xiàn)場相互之間長期形成的"信息孤島"局面，本系統(tǒng)采用目前國際上最先進的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，通過網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)間共享以及實時監(jiān)控。本方案詳細(xì)的從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、采集原理、記錄方式、數(shù)據(jù)通訊規(guī)約、網(wǎng)絡(luò)安全等多方面，并對油田廣泛分布各地的監(jiān)控站點的數(shù)據(jù)信息提出完整的監(jiān)控解決方案。

1 監(jiān)控軟件WebAccess

WebAccess是美國著名專業(yè)從事自動化HMI/SCADA系統(tǒng)組態(tài)軟件研發(fā)與應(yīng)用的BroadWin科技有限公司開發(fā)的一種基于WEB技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。

WebAccess是以網(wǎng)絡(luò)瀏覽器Internet Explore為基礎(chǔ)，并將TCP/IP協(xié)議內(nèi)置于軟件核心中，互聯(lián)網(wǎng)的開放性便成為WebAccess系統(tǒng)的有機構(gòu)成部分。整個系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)無縫連接?？蛻舳藷o需負(fù)擔(dān)額外費用便可通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對系統(tǒng)進行訪問，進行在線動態(tài)編輯，隨時隨地掌握系統(tǒng)動態(tài)。與傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，基于其內(nèi)置的互聯(lián)網(wǎng)連接性，WebAccess支持的客戶端不受數(shù)量限制，是最佳成本的互聯(lián)網(wǎng)控制方案，同時WebAccess的多疊式網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)也保護終端用戶的數(shù)據(jù)和整個系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成原理

根據(jù)油田各個監(jiān)控子系統(tǒng)的特點，結(jié)合網(wǎng)際組態(tài)軟件WebAccess的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在各個聯(lián)合監(jiān)控站點和電泵站監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)器中安裝WebAccess監(jiān)控節(jié)點部分軟件（Scada Node）。對于已有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的站點，WebAccess通過提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口如DDE、OPC、ODBC等從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中提取動態(tài)實時數(shù)據(jù)（同時也要求現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至少提供一種便于數(shù)據(jù)共享的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口），對于尚未建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的站點，則需要全新建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中包括軟件和硬件兩個部分，硬件部分客戶可以自由選擇目前國際上主流的服務(wù)器、交換機、PLC、智能模塊、傳感器等。WebAccess本身自帶的上百種國際主流控制器設(shè)備驅(qū)動直接和底層硬件進行通訊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、畫面的組態(tài)、信息的發(fā)布。除進行數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳之外，WebAccess還可以根據(jù)監(jiān)控點的設(shè)備分布情況和工藝流程，繪制監(jiān)控界面和報警、報表、曲線圖等。監(jiān)控人員可以和現(xiàn)場人員一樣掌握現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，有身臨其境的感覺。同時各監(jiān)控站點可以利用本地打印機進行報警信息、報表數(shù)據(jù)的打印輸出。

局域網(wǎng)內(nèi)甚至是互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的管理人員的PC機必須安裝WebAccess客戶端Client插件，WebAccess服務(wù)器通過授權(quán)用戶名、密碼的方式審核遠(yuǎn)程訪問者的身份，極大地保護生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全性。

3 數(shù)據(jù)采集傳輸原理

由于油田分布的一般特點，即分布范圍較大、現(xiàn)場環(huán)境條件較差等，為了能夠在較差的環(huán)境下正常采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并且能夠及時地發(fā)回數(shù)據(jù)，在底層的數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備，選用研華公司的系列產(chǎn)品，其中包括了它的ADAM系列控制器和I/O模塊。這些控制器和I/O模塊支持多種形式的接口連接方式，與底層的現(xiàn)場設(shè)備進行連接。在數(shù)據(jù)采集和處理方面，采用了嵌入式數(shù)字控制器FAS-2046，由FAS-2046來實現(xiàn)收集整理下層設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，并由它向上傳輸?shù)奖O(jiān)控節(jié)點。由于他們采用了獨特的架構(gòu)設(shè)計，以及高性能的技術(shù)指標(biāo)，可以讓這些控制器和模塊在惡劣的環(huán)境下正常工作，同時在面板設(shè)計方面也具有安裝簡單、靈活等特點。

FAS-2046控制器，采用目前經(jīng)現(xiàn)場實際考驗并廣泛使用的實時OS技術(shù)，提供一套Windows CE.net解決方案，支持多種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，兩個以太網(wǎng)、一個RS-232和兩個RS-232/485串行等通訊接口用于通訊。具有開放、可擴展以及無風(fēng)扇無磁盤的設(shè)計優(yōu)勢。強大的圖形化編程工具（FAS-pro）支持對FAS-2046的控制邏輯開發(fā)，使他的控制效果更加出色。

而ADAM4000系列是通用傳感器到計算機的便卸式接口模塊，內(nèi)置微處理器使其可以獨立提供智能信號調(diào)理，模擬量I/O，數(shù)字量I/O數(shù)據(jù)顯示和RS-485通訊等功能。而ADAM5000分為數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和PC可編程獨立控制器。

WebAccess能通過串口，以太網(wǎng)等通訊方式與下層的數(shù)據(jù)采集控制器FAS-2046進行數(shù)據(jù)的傳送，即可以從控制器上抓取現(xiàn)場的各項數(shù)據(jù)，同時也可以向下發(fā)指令通過控制器來控制底層設(shè)備的運行操作變化。

當(dāng)數(shù)據(jù)采集上來后,WebAccess的工程節(jié)點可以作為Web服務(wù)器向外發(fā)布，支持區(qū)域局域網(wǎng)的訪問瀏覽，同樣支持來自以太網(wǎng)或者Internet的遠(yuǎn)程訪問。不論用戶從哪里訪問節(jié)點，只要有相應(yīng)的權(quán)限就可以讀取數(shù)據(jù)或者下達指令，操作底層設(shè)備。

4 軟件實現(xiàn)功能

4.1 實時監(jiān)控

WebAccess監(jiān)控主機（Scada Node）將實時采集從現(xiàn)場層送上來的現(xiàn)場重要數(shù)據(jù)（如：電壓、電流、含水率、含油率、壓力、溫度等），并將數(shù)據(jù)以圖文并茂的形式顯示于監(jiān)控頁面中，監(jiān)控人員可以根據(jù)屏幕顯示對現(xiàn)場的情況進行實時監(jiān)視，掌握現(xiàn)在設(shè)備的運行情況，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生任何變化（如有報警信息產(chǎn)生）WebAccess監(jiān)控主機（Scada Node）將隨之變化并發(fā)出警報信息。

在監(jiān)控層的操作人員將第一時間內(nèi)得到現(xiàn)場的警報信息，警報信息的表現(xiàn)方式除可以在屏幕上會有動畫/閃爍/列表等提示外，還可以以聲音/網(wǎng)絡(luò)E-MAIL/短信等方式通知不在現(xiàn)場的管理人員。

4.2 多樣式的報警信息

當(dāng)系統(tǒng)有報警產(chǎn)生時，操作員可以根據(jù)上圖中在線報警欄中的信息提示得知警報，同時，"在線警報"按鈕也會呈現(xiàn)紅色閃爍狀態(tài)，點擊進入"報警摘要"畫面中。在主畫面中，不同的報警信息也會有不同的報警顯示形式，WebAccess提供多媒體語音報警、動畫閃爍報警，彈出窗口報警、發(fā)送E-MAIL報警等，可以實現(xiàn)全方位的報警信息通報。在線報警欄中的報警信息，在每一個監(jiān)控頁面都是相同的，無論現(xiàn)場還是遠(yuǎn)程監(jiān)控站，而且所有站點的的報警信息是全局聯(lián)動的，可以讓操作人員最短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)報警信息，解決故障。

4.3 數(shù)據(jù)記錄顯示

WebAccess提供實時曲線、歷史曲線對數(shù)據(jù)進行顯示記錄，以方便用戶根據(jù)曲線走勢進行系統(tǒng)分析；還提供報表查詢、打印功能，有值班報、日報、月報，同時也可以根據(jù)需要，輸入起始時間、終止時間和采集頻率的不同而來查詢相應(yīng)時間段的數(shù)據(jù)報表。還可以通過高級選項設(shè)定查詢數(shù)據(jù)的顯示類型，如最大值、最小值、平均值等。用戶可以直接將報表輸出打印或發(fā)送E-MAIL到指定郵箱。發(fā)送報表格式為HTML格式，可以輕松將報表導(dǎo)出到EXCEL等工具軟件進行處理加工。

數(shù)據(jù)的整理和保存也是在工程節(jié)點上完成的，數(shù)據(jù)服務(wù)器既可以是WebAccess自帶的Access數(shù)據(jù)庫，也可以采用SQL SERVRE，ORACAL等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，WebAccess可以通過ODBC的指向來完成數(shù)據(jù)庫的設(shè)定，在數(shù)據(jù)的采集整理過程中寫入指定的數(shù)據(jù)庫中，方便用戶在需要時候的調(diào)取數(shù)據(jù)作保表，進行分析處理。

[1]李涼.大慶油田天然氣監(jiān)控管理系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機，2002-05-20.