國產(chǎn)SCADA 系統(tǒng)智能組態(tài)功能的研究與應(yīng)用

寇苗苗，呼 軍，馬 東，吳 揚(yáng)，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(jìn)口監(jiān)控系統(tǒng)。隨著技術(shù)安全和未來工控系統(tǒng)的發(fā)展需要，長慶油田2019 年通過安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等全方位評估，決定在各采氣廠天然氣生產(chǎn)井場搭建國產(chǎn)SCADA 系統(tǒng)，長慶油田采氣五廠作為首個試驗區(qū)塊積極響應(yīng)，將2 000 余口天然氣井的數(shù)據(jù)接入國產(chǎn)SCADA 系統(tǒng)HiaPlan（tSmartContral），以信息技術(shù)安全助力企業(yè)提質(zhì)增效。

為了更好的監(jiān)測采氣井的狀態(tài)、監(jiān)控相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，每增加一口井，都要在SCADA 系統(tǒng)軟件上做大量的組態(tài)，耗費大量的人力并存在較大的風(fēng)險。由于每座井場的控制系統(tǒng)在新井投產(chǎn)、運行維護(hù)和技改升級的不同階段，都會由不同的人員進(jìn)行組態(tài)和調(diào)試作業(yè)，選用的相關(guān)設(shè)備、監(jiān)控方式不盡相同，給系統(tǒng)組態(tài)和后期運行維護(hù)都帶來很大的不便[1-4]，但隨著油田標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的推進(jìn)和對工作效率的高要求，對SCADA 系統(tǒng)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(tài)功能的研究

在氣井采氣生產(chǎn)的過程中，為了更好的監(jiān)測采氣井的狀態(tài)，監(jiān)控相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，每增加一口井，都要在SCADA 系統(tǒng)軟件上做大量組態(tài)和畫面繪制工作，耗時長并且存在人為原因造成的組態(tài)錯誤，致使單井現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)不符，智能加井的需求便由此產(chǎn)生。經(jīng)過對全廠2 000 多口采氣井的資料、程序、系統(tǒng)畫面、通訊方式等的統(tǒng)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(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，研究主要分為三部分（見圖1）。

圖1 研究路線

2 智能組態(tài)功能開發(fā)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化

由于每座井場的控制系統(tǒng)在新井投產(chǎn)、運行維護(hù)和技改升級的不同階段，都會由不同的人員進(jìn)行組態(tài)和調(diào)試作業(yè)，選用的相關(guān)設(shè)備、監(jiān)控方式不盡相同，給系統(tǒng)組態(tài)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(guān)于數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)監(jiān)控、設(shè)備管理、通信鏈路管理等的內(nèi)容進(jìn)行梳理，并結(jié)合現(xiàn)場實際，形成了《SCADA 監(jiān)控管理要求》、《SCADA 監(jiān)控畫面要求》、《位號分配及說明》、《通信鏈路調(diào)整方案》等標(biāo)準(zhǔn)化文件，從井口設(shè)備的功能、數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)的采集方式到數(shù)據(jù)走向都做了詳細(xì)的規(guī)定，為智能加井奠定了基礎(chǔ)，同時起到了提質(zhì)增效的作用。

2.2 模擬仿真

通過對各個井口現(xiàn)有設(shè)備工作方式、狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)類型等的匯總研究，通過對各個井的加井過程的調(diào)研與總結(jié)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的研究，對“智能加井”進(jìn)行定性和定量的描述，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。模型以靜態(tài)的集中參數(shù)模型為主，對于動態(tài)的部分則通過輸入?yún)?shù)加以區(qū)分。建模的過程是對前期數(shù)據(jù)收集和調(diào)研成果的信息處理過程，通過演繹和歸納的方法分析出規(guī)律性的內(nèi)容，再加以數(shù)學(xué)邏輯推導(dǎo)來建立模型，進(jìn)而轉(zhuǎn)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(jìn)行檢驗，首先由專家對模型作分析評估，然后對建模所用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，最后對模型進(jìn)行試運行，將初步仿真結(jié)果與估計結(jié)果相比較。

2.3 功能開發(fā)

根據(jù)建立的模擬仿真模型，結(jié)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(tǒng)的基礎(chǔ)開發(fā)出應(yīng)用模塊。該模塊實現(xiàn)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(shù)據(jù)庫，具有模板化，公式化的特點，可根據(jù)某個采集廠或集氣站中的特色需求，便捷的進(jìn)行修改。

2.3.1 功能需求

（1）加井功能只能在SCADA 系統(tǒng)的工程師站進(jìn)行相關(guān)操作（授權(quán)操作）；

（2）需要能夠根據(jù)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(jiān)控畫面；

（3）生成的數(shù)據(jù)位號命名規(guī)則、描述、地址等均應(yīng)符合命名規(guī)則，自動生成點表；

（4）所有數(shù)據(jù)自動關(guān)聯(lián)到監(jiān)控畫面；

（5）對于不同的通訊鏈路能夠自適應(yīng)；

（6）進(jìn)行PLC（RTU）驅(qū)動配置和通訊連接；

（7）進(jìn)行實時和歷史數(shù)據(jù)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(zhuǎn)的鏈接；

（9）新增井自動添加到一鍵關(guān)井的邏輯中；

（10）第三方通訊數(shù)據(jù)接入和顯示；

（11）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（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(yīng)用前后的對比

2.3.2.1 開發(fā)智能加井功能前 首先添加數(shù)據(jù)采集服務(wù)，選擇添加IO 服務(wù)器修改井類型、使用的通訊協(xié)議并設(shè)置（包括別名、描述、通信周期、IP 地址、端口號）、配置通信組參數(shù)（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(biāo)簽（包括標(biāo)簽屬性、描述、IO 屬性、是否進(jìn)歷史庫、趨勢采集周期、標(biāo)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(biāo)簽。然后新建集輸畫面、柱塞畫面（或間開畫面、注劑畫面），復(fù)制圖素、關(guān)聯(lián)標(biāo)簽名；總貌組態(tài)一鍵關(guān)井算法組態(tài)；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(guān)畫面跳轉(zhuǎn)按鈕的鏈接，組態(tài)流程（見圖3）。

圖3 組態(tài)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(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完成相應(yīng)類型井的所有組態(tài)工作，可同時添加多口、多類型井，信息欄詳細(xì)顯示加井組態(tài)的過程和時間，加井成功，操作人員可根據(jù)信息欄提示內(nèi)容進(jìn)行檢查，檢查無誤后編譯、下裝，系統(tǒng)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(yīng)的監(jiān)控界面。

3 結(jié)語

目前智能加井已上線應(yīng)用，并通過此功能增加了近200 口產(chǎn)建新井，相比建設(shè)初期繁瑣的手動加井，智能加井功能縮短了加井步驟，節(jié)約了時間，提高了單井組態(tài)的準(zhǔn)確性，且操作便捷、運行穩(wěn)定。同時通過智能加井功能的研究與應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)了采氣廠的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，并使相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在實際應(yīng)用中得到檢驗和細(xì)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(jī)技術(shù)的快速發(fā)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(tǒng)軟件也應(yīng)與時俱進(jìn)，提供更多、更靈活的功能，以利于工程人員的使用和系統(tǒng)的穩(wěn)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(fù)性強(qiáng)的、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的、耗費較大人力物力、容易出錯的功能也可進(jìn)行類似的智能化研究。