ControX2000組態(tài)軟件用于油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)?

楊森1南開大學(xué)軟件學(xué)院2天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

ControX2000組態(tài)軟件用于油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)?

楊森1；21南開大學(xué)軟件學(xué)院2天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

組態(tài)軟件應(yīng)用于油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)軟件形態(tài)、功能和油田監(jiān)控需要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備和工藝狀態(tài)的監(jiān)測、監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制和管理。本文所應(yīng)用的組態(tài)軟件主要是基于Windows的ControX2000，以此軟件為開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。應(yīng)用組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)、圖形界面開發(fā)設(shè)計(jì)、OPC數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布四個(gè)方面，根據(jù)組態(tài)軟件應(yīng)用于油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，可以看出該系統(tǒng)組態(tài)功能包括過程控制、順序控制、數(shù)據(jù)庫管理、歷史庫管理、圖形功能、數(shù)據(jù)報(bào)表管理等。

組態(tài)軟件；油田生產(chǎn)；監(jiān)控；信息系統(tǒng)

油田開發(fā)生產(chǎn)過程中具有大量的數(shù)據(jù)需要及時(shí)采集和記錄處理，以此分析現(xiàn)場生產(chǎn)狀況并供油田生產(chǎn)管理部門進(jìn)行決策，這就需要科學(xué)有效的現(xiàn)場監(jiān)控管理信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分類、處理[1]。傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)對現(xiàn)場越來越多的數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確和直觀的分析判斷，不能完全反映出油田現(xiàn)場生產(chǎn)過程和動(dòng)態(tài)變化情況，這就需要新的技術(shù)手段完成該項(xiàng)功能。

隨著油田生產(chǎn)自動(dòng)化程度和信息化水平越來越高，組態(tài)軟件也逐步應(yīng)用到油田生產(chǎn)監(jiān)控管理中，通過組態(tài)軟件和生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的集成，不但可以直觀、動(dòng)態(tài)地統(tǒng)計(jì)分析油田生產(chǎn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)情況，還可以解決油田傳統(tǒng)管理系統(tǒng)兼容性差、擴(kuò)展性低的問題[2]。

本文對由組態(tài)軟件集成的監(jiān)控管理信息系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析組態(tài)軟件系統(tǒng)平臺(tái)的功能，并將其應(yīng)用于監(jiān)控管理信息系統(tǒng)。

1 組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)

HMI組態(tài)監(jiān)控軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用比較靈活的組態(tài)方式為用戶提供組建工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件工具[3]。它是一種基于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，允許用戶在圖像界面下對所需控制的工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、輸入輸出、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控、控制回路、文件報(bào)警、報(bào)表生成、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制策略和生成過程工藝畫面進(jìn)行自定義[4]。

本文所應(yīng)用的組態(tài)軟件主要是基于Windows的ControX2000，以此軟件為開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。ControX2000組態(tài)軟件內(nèi)部采用的Client/Server體系結(jié)構(gòu)，用戶可以在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)管理或操作電腦上獲取監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。該組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)主要由三層組成，如圖1所示。

圖1組態(tài)軟件構(gòu)成體系結(jié)構(gòu)

圖1 中底層主要采用標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)，可以兼容更多廠商生產(chǎn)的外部控制設(shè)備設(shè)施，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。

中間層是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，也是整個(gè)組態(tài)軟件的核心部位，設(shè)計(jì)時(shí)一般需要提供兩類接口，一是應(yīng)用編程接口API、二是應(yīng)用ODBC接口。

頂層是應(yīng)用操作層，即油田生產(chǎn)操作人員通過ODBC接口訪問和調(diào)取數(shù)據(jù)庫信息數(shù)據(jù)，掌握現(xiàn)場監(jiān)控情況.

2 系統(tǒng)組成

油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)就是針對油田現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸和分析在平臺(tái)上展示的系統(tǒng)，它可以將油田現(xiàn)場生產(chǎn)信息以數(shù)據(jù)或畫面形式傳送到操控室，以便遠(yuǎn)程掌握和控制現(xiàn)場生產(chǎn)。不但實(shí)現(xiàn)油田采油井場、計(jì)量站和泵站等現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)督、數(shù)據(jù)傳輸、異常情況報(bào)警和分析等功能，還能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)、監(jiān)控管理、室內(nèi)室外、地上地下管理一體化的要求。

油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)是集油田生產(chǎn)監(jiān)督、數(shù)據(jù)傳輸、報(bào)警于一體，綜合現(xiàn)代電子、信息射頻通信技術(shù)、無線生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的高科技產(chǎn)品。該系統(tǒng)主要依托controX2000組態(tài)軟件平臺(tái)，應(yīng)用無線移動(dòng)通信網(wǎng)，覆蓋整個(gè)油田區(qū)域的生產(chǎn)監(jiān)控場所。油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)一般分為二級(jí)網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)組成

監(jiān)控管理中心由服務(wù)器、后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)、接警、報(bào)警終端構(gòu)成。通過操作控制室的計(jì)算機(jī)，由通信系統(tǒng)向處理器發(fā)布指令，調(diào)度并分析生產(chǎn)現(xiàn)場各井場、設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。井場監(jiān)控終端由各種傳感器、報(bào)警觸動(dòng)開關(guān)、圖像/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集器、帶通信模塊的微處理器構(gòu)成。監(jiān)控管理中心和現(xiàn)場終端設(shè)備之間依托無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成監(jiān)控管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件應(yīng)用于油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，要根據(jù)軟件形態(tài)、功能和油田監(jiān)控需要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備和工藝狀態(tài)的監(jiān)測、監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制和管理。應(yīng)用組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)、圖形界面開發(fā)設(shè)計(jì)、OPC數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布四個(gè)方面，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)

3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是整個(gè)工控軟件的核心，也是油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的最主要功能模塊。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)首先要建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊，設(shè)置所需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)變量，主要包含以下方面內(nèi)容：一是溫度、壓力、濕度等模擬型變量；二是中間轉(zhuǎn)換變量等字符型變量；三是時(shí)間、地點(diǎn)、經(jīng)緯度等系統(tǒng)變量；四是閥門狀態(tài)、法蘭狀態(tài)、蓋子狀態(tài)燈開關(guān)型變量。這些變量即是生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備和系統(tǒng)之間相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和交換相結(jié)合完成與外界監(jiān)控對象的聯(lián)系。

為進(jìn)一步強(qiáng)化對油田生產(chǎn)過程的監(jiān)控管理，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮或增加預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)，特別是對溫度、壓力、載荷、沖擊、濃度等數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控報(bào)警更需要準(zhǔn)確預(yù)測。報(bào)警窗口針對變量報(bào)警情況要顯示不同層級(jí)的不同顏色。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)要容量大、處理迅速，具備實(shí)時(shí)性、緊湊等特點(diǎn)。

3.2 圖形界面開發(fā)設(shè)計(jì)

圖形界面開發(fā)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括生產(chǎn)現(xiàn)場總體概貌、工藝流程畫面、設(shè)備設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、各設(shè)備具體分組畫面顯示、數(shù)據(jù)連續(xù)分析曲線、過程控制情況、各工作站整體特征顯示、歷史報(bào)警情況顯示等，一直在界面顯示的內(nèi)容為實(shí)際需要重點(diǎn)監(jiān)控和管理的部位。圖形界面需直觀地反映控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)參數(shù)變化等，管理操作人員通過界面能夠直接看到設(shè)備工藝的溫度、壓力、流量、力矩、載荷等參數(shù)，進(jìn)而判斷現(xiàn)場生產(chǎn)狀況，進(jìn)行決策和遠(yuǎn)程管理控制。

3.3 OPC數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)

OPC又稱用于過程控制的部件對象連接與嵌入，是一種標(biāo)準(zhǔn)的通信方式。OPC數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮組態(tài)軟件應(yīng)用和監(jiān)控設(shè)備設(shè)施之間的兼容性，確保數(shù)據(jù)的讀取和寫入能夠順利完成。OPC數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)就是完成一套接口、方法、模式和屬性統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，保證組態(tài)軟件基于Windows的系統(tǒng)和基于PC或手機(jī)的軟件組件能夠傳輸和交換數(shù)據(jù)。在油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)中，組態(tài)軟件系統(tǒng)平臺(tái)作為OPC的客戶端，與服務(wù)器完成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息交換，進(jìn)而對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)測。

3.4 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)發(fā)布是一種虛擬化稱呼，是指通過以太網(wǎng)服務(wù)器將監(jiān)控管理信息系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)布到操作者和用戶的模塊，用戶可以借助以太網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程的上網(wǎng)瀏覽，隨時(shí)隨地調(diào)閱和查看油田生產(chǎn)監(jiān)控現(xiàn)場的過程信息。數(shù)據(jù)發(fā)布設(shè)計(jì)要考慮數(shù)據(jù)查詢、檢索和數(shù)據(jù)的圖像顯示、數(shù)據(jù)報(bào)表定義及其打印等功能，方便對油田現(xiàn)場生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔處理。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 應(yīng)用特點(diǎn)

組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制，具有以下功能特點(diǎn)：

（1）軟件平臺(tái)二次開發(fā)靈活，全面支持ActiveX技術(shù)，具有面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)圖形顯示靈活性和圖形庫應(yīng)用的豐富性。

（2）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的綜合記錄及準(zhǔn)確的趨勢曲線分析。

（3）生產(chǎn)現(xiàn)場特殊情況的數(shù)據(jù)分析和預(yù)警報(bào)警功能管理是監(jiān)控管理信息系統(tǒng)組態(tài)功能的最直接體現(xiàn)。

（4）接口和連接標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，支持各種軟件系統(tǒng)和設(shè)備平臺(tái)。

4.2 組態(tài)功能的應(yīng)用

油田監(jiān)控管理信息系統(tǒng)組態(tài)功能包括過程控制、順序控制、數(shù)據(jù)庫管理、歷史庫管理、圖形功能、數(shù)據(jù)報(bào)表管理等應(yīng)用，具體應(yīng)用功能內(nèi)容如表1所示。

表1中所列出的組態(tài)功能即組態(tài)軟件在油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過組態(tài)軟件還可以實(shí)時(shí)增加其他相應(yīng)的功能和模塊，滿足油田生產(chǎn)需要。表中應(yīng)用功能包含了油田生產(chǎn)監(jiān)控監(jiān)測和預(yù)警報(bào)警的基本要求，完成了生產(chǎn)管理所需目的功能。分析表明，組態(tài)軟件在油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用具有較好效果。

表1 油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)組態(tài)功能的應(yīng)用

5 結(jié)語

（1）通過對組態(tài)軟件和油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的分析，從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)、圖形界面開發(fā)設(shè)計(jì)、OPC數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布四個(gè)方面對組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）將組態(tài)軟件應(yīng)用于油田生產(chǎn)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，從過程控制、順序控制、數(shù)據(jù)庫管理、歷史庫管理、圖形功能、數(shù)據(jù)報(bào)表管理等對其組態(tài)功能進(jìn)行具體分析，突出了應(yīng)用效果和內(nèi)容。

[1]孫殿新．油田生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)[J]．石油儀器．2013（8）：18-22．

[2]伍瑾斐，劉海．組態(tài)軟件與管理信息系統(tǒng)的深度集成化研究[J]．微計(jì)算機(jī)信息．2010，26（6）：50-53．

[3]楊新，汪琳娜．嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸機(jī)制[J]．油氣田地面工程，2014，33（9）：65-66．

[4]李靖，王紅標(biāo)．油田開發(fā)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[J]．石油地質(zhì)與工程．2010（9）：34-35．

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.019

基金論文：教育部中國教師發(fā)展基金會(huì)“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“高等職業(yè)院校教務(wù)管理信息系統(tǒng)的實(shí)踐研究”（CFTD1416181）。