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   摘要：本文介紹了作業(yè)區(qū)控制系統(tǒng)的組成及體系結(jié)構(gòu)，描述了系統(tǒng)所要完成的基本功能和web發(fā)布。該系統(tǒng)顯著提高了油氣田的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力。

   關(guān)鍵詞：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化；RTU；PLC；DCS；SCADA

   1 概述

   長(zhǎng)期以來(lái)，油氣田生產(chǎn)自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用是分不開(kāi)的，從早期的單片機(jī)、單板機(jī)開(kāi)始，經(jīng)歷了工業(yè)控制機(jī)階段，到目前的DCS系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)。由早期的單機(jī)控制，到現(xiàn)在的C/S與B/S結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)在油氣田生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中的應(yīng)用達(dá)到了一個(gè)新的水平。自動(dòng)化技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，朝著管控信息一體化的方向發(fā)展。
 
   油氣田生產(chǎn)自動(dòng)化主要是油（氣）水井、計(jì)量站、注水站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站、天然氣加工裝置生產(chǎn)自動(dòng)化控制。生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

   2 系統(tǒng)組成

   2.1 生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化與管理信息系統(tǒng)的組成

   系統(tǒng)的硬件組成主要有計(jì)量站PLC、油（氣）水井RTU，中心控制室數(shù)據(jù)服務(wù)器和web服務(wù)器。中心控制室到計(jì)量站通信線路采用光纖、雙絞線連接。遠(yuǎn)端油水井采用無(wú)線通信連接。系統(tǒng)的軟件組成：RTU、PLC和DCS上位機(jī)監(jiān)控操作系統(tǒng)采用基于Windows操作系統(tǒng)，工控機(jī)運(yùn)行RTU、PLC和DCS相關(guān)的工控組態(tài)軟件包，數(shù)據(jù)服務(wù)器運(yùn)行SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，web服務(wù)器運(yùn)行網(wǎng)頁(yè)發(fā)布文件。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化與管理信息系統(tǒng)主要分為決策層、數(shù)據(jù)層、監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)層四個(gè)層次，而中心站的自動(dòng)化系統(tǒng)屬于監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)層，通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)把四個(gè)層次有機(jī)連接起來(lái)。

   四個(gè)層次功能描述:

   （1） 決策層——系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)層上傳的主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，管理者可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時(shí)了解生產(chǎn)情況，做出正確的決策，指揮生產(chǎn)。

   （2） 數(shù)據(jù)層——該系統(tǒng)主要是對(duì)所有中心站的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)及分類(lèi)，并自動(dòng)提取數(shù)據(jù)生成生產(chǎn)所需要的各類(lèi)報(bào)表，并能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和查詢(xún)，自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)按月、季度、年度進(jìn)行匯總分析，為上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的分析和決策提供最直接真實(shí)的依據(jù)。

   （3） 監(jiān)控層——該系統(tǒng)主要是對(duì)各中心站內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、調(diào)控以及向上級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)以及對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警處理。

   （4） 現(xiàn)場(chǎng)層——它是直接對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和調(diào)控，可以保證生產(chǎn)可靠安全高效地運(yùn)行，大幅度地降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效地消除安全隱患。

   站點(diǎn)遠(yuǎn)程控制端直接決定著現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制的水平，因而應(yīng)具備完善的功能、準(zhǔn)確的計(jì)量算法、友好的人機(jī)界面、強(qiáng)大的通信能力。另外，雖然各站點(diǎn)的工藝流程不盡相同，但油井?dāng)?shù)、注水井?dāng)?shù)、采集點(diǎn)數(shù)、分離設(shè)備，加熱爐和塔器往往有很大的差別，因此一個(gè)完善的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化與管理信息系統(tǒng)應(yīng)具有良好的軟、硬件擴(kuò)展能力和現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性，組態(tài)和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用軟件應(yīng)提供多種參數(shù)設(shè)置以適應(yīng)不同的工藝要求。在硬件方面，應(yīng)選用工業(yè)級(jí)的控制器和模塊，以及配套的工業(yè)級(jí)顯示屏、電臺(tái)、電源，以適應(yīng)油田特殊的溫度、濕度、油污、通信干擾等環(huán)境。在自然條件惡劣的西部沙漠油田甚至選用軍工品級(jí)的硬件產(chǎn)品。系統(tǒng)從現(xiàn)場(chǎng)控制終端到中心控制室、從通訊系統(tǒng)到管理網(wǎng)絡(luò)、從硬件到軟件的完整解決方案，在中心控制室即可對(duì)各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行配置、實(shí)時(shí)監(jiān)控、計(jì)量結(jié)果上傳、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表打印等，從而計(jì)量站可無(wú)人值守，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)管理的全面自動(dòng)化。
  
   2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

                      

    3 系統(tǒng)生產(chǎn)控制功能

    計(jì)量站生產(chǎn)擔(dān)負(fù)著站內(nèi)各個(gè)油井的液、油、氣三相計(jì)量任務(wù)，需要及時(shí)準(zhǔn)確地為油田地質(zhì)部門(mén)提供油藏工程資料；注水站生產(chǎn)是根據(jù)油氣層的壓力、液位等數(shù)據(jù)給各水井進(jìn)行配注；油（水）氣井監(jiān)控可實(shí)時(shí)監(jiān)控井口壓力，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。根據(jù)各站點(diǎn)的工藝自控系統(tǒng)要完成以下功能：

    （1） 數(shù)據(jù)采集功能。包括各站點(diǎn)工藝流程溫度、壓力、液位、天然氣濃度、含水率、注水流量等的采集，中心站值班人員可以根據(jù)采集來(lái)的數(shù)據(jù)監(jiān)控油、水井生產(chǎn)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并進(jìn)行處理。

    （2） 報(bào)警與聯(lián)鎖。生產(chǎn)參數(shù)報(bào)警如液位高報(bào)警、天然氣濃度高報(bào)警、溫度異常報(bào)警、壓力異常報(bào)警等；設(shè)備故障報(bào)警如電動(dòng)閥故障判斷與報(bào)警等；站點(diǎn)流程異常報(bào)警如壓油時(shí)間超長(zhǎng)報(bào)警等。當(dāng)油氣生產(chǎn)發(fā)生異常時(shí)能及時(shí)提醒站內(nèi)人員進(jìn)行處理，避免發(fā)生重大安全事故。

    （3）人機(jī)界面和鍵盤(pán)。采集數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警顯示、工藝流程監(jiān)視、參數(shù)設(shè)置等。通過(guò)人機(jī)界面及鍵盤(pán)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)操作和設(shè)置，能根據(jù)油田作業(yè)變更做相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整。

    （4）通訊接口。通過(guò)通信線路與中心控制室的通信，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)采集數(shù)據(jù)上傳、計(jì)量、監(jiān)測(cè)結(jié)果上傳和中心控制室參數(shù)設(shè)置的下傳等遠(yuǎn)程操作，從而實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)無(wú)人值守。

   4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能

   軟件方面采用標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的通信協(xié)議。RTU、PLC和DCS軟件通過(guò)ODBC、ADO或者直接的數(shù)據(jù)庫(kù)接口，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

   4.1 數(shù)據(jù)服務(wù)器基本功能

   （1） 系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)。如SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)內(nèi)部維護(hù)所使用的信息，以及中心控制室操作班組等操作安全信息等。

   （2） 站點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)則保證MIS系統(tǒng)內(nèi)部信息與實(shí)際生產(chǎn)情況保持一致。

   （3） 動(dòng)態(tài)采集信息。動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)包括各個(gè)站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、流量、天然氣濃度等歷史數(shù)據(jù)，以及各個(gè)油井的產(chǎn)量計(jì)量結(jié)果等。

   （4） 數(shù)據(jù)處理和分析。對(duì)生產(chǎn)中的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

   （5） 報(bào)表輸出。自動(dòng)生成油、水井日?qǐng)?bào)表和中心站綜合報(bào)表以及設(shè)備運(yùn)行報(bào)表。

   4.2 生產(chǎn)自動(dòng)化管理信息系統(tǒng)典型的技術(shù)指標(biāo)

  （1） 通信輪訓(xùn)周期。指各個(gè)站點(diǎn)RTU、PLC和DCS數(shù)據(jù)在中心控制室刷新的最大時(shí)間間隔，是決定生產(chǎn)自動(dòng)化信息管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的重要指標(biāo)。

   （2） 穩(wěn)定性和可靠性。一個(gè)穩(wěn)定的生產(chǎn)自動(dòng)化信息管理系統(tǒng)應(yīng)該能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。中心控制室電臺(tái)或主數(shù)據(jù)服務(wù)器出現(xiàn)故障后，應(yīng)該能夠順利切換到備份系統(tǒng)運(yùn)行，以避免影響生產(chǎn)。

   （3） 系統(tǒng)的擴(kuò)展性和適應(yīng)性。應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)增減油水井、計(jì)量站、注水站等能夠適應(yīng)油田常見(jiàn)的作業(yè)變更。

   5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)布

   實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中主要承擔(dān)系統(tǒng)所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，為相關(guān)的功能提供快速、正確的實(shí)時(shí)信息。因此對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，其實(shí)時(shí)性是第一位的。

   web數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)。在油氣田上進(jìn)行的生產(chǎn)指揮活動(dòng)面對(duì)的是廣闊的油田、錯(cuò)綜復(fù)雜的地形地貌、難以捉摸的地質(zhì)條件、分布廣泛的作業(yè)區(qū)、長(zhǎng)而復(fù)雜的傳輸管線、規(guī)模及功能各異的站場(chǎng)及聯(lián)合站、差異很大的自動(dòng)控制系統(tǒng)、大型的機(jī)械設(shè)備、眾多的生產(chǎn)工藝和技術(shù)環(huán)節(jié)、品種繁雜且數(shù)量巨大的原材料消耗、巨額的資金投入和巨大的勞動(dòng)力投入。傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)通常只具有處理、管理、分析二維屬性數(shù)據(jù)的能力、為決策過(guò)程提供有用的信息，以報(bào)表的形式把信息提供給決策人員，這樣的信息系統(tǒng)缺少管理空間數(shù)據(jù)的能力，和人們的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)保持了一定的距離。而一個(gè)好的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)完整的信息系統(tǒng)，它還能實(shí)現(xiàn)圖形、圖像空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，提供各種范圍內(nèi)的編輯、復(fù)制功能，允許快速地改正并更新向量及有關(guān)的描述數(shù)據(jù)，把所需要的信息和圖像數(shù)據(jù)提供給用戶(hù)、供判斷和分析。特別是WebGIS 支持互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，任何人員，只要擁有相應(yīng)的權(quán)限，不需要進(jìn)行繁雜的軟件系統(tǒng)安裝，聯(lián)接進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，點(diǎn)擊相應(yīng)的鏈接，就可以獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

   實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)web數(shù)據(jù)以及GIS系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息在油氣田系統(tǒng)內(nèi)部的共享，提高信息應(yīng)用和生產(chǎn)管理水平。

   6 結(jié)論

   通過(guò)各站點(diǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，利用通用的數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到中心控制室數(shù)據(jù)服務(wù)器中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。油氣田生產(chǎn)自動(dòng)化信息管理系統(tǒng)能夠顯著提高油氣田的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力，同時(shí)它也是數(shù)字化油氣田的一個(gè)重要組成部分。通過(guò)自動(dòng)化信息管理系統(tǒng)的建設(shè)，能更及時(shí)準(zhǔn)確地掌握油氣田的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，對(duì)油氣田的生產(chǎn)和管理有著極大的指導(dǎo)作用。   

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第二期