0、引言

      隨著自動化技術(shù)的普及應(yīng)用，油田各采油廠已經(jīng)在各站（中轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站）采用集散控制系統(tǒng)或以PC總線為基礎(chǔ)的工控機構(gòu)成簡易的分散型測控系統(tǒng)。但這些自動化系統(tǒng)都是分散在各站上，管理者如果不到現(xiàn)場則不能及時掌握現(xiàn)場情況，不能實時監(jiān)控生產(chǎn)運行狀態(tài)，使各站的自動化系統(tǒng)形成 “孤島”。另外，對數(shù)據(jù)的利用比較簡單，報表還需人工從控制系統(tǒng)的監(jiān)視器上二次抄錄。由于各站的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)異常復(fù)雜多樣，多種上位機系統(tǒng)及PLC并存，使得實現(xiàn)廠級的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)十分困難。 

為了提高競爭能力，連續(xù)工業(yè)正在不斷地通過提高自動化水平來提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)省能源、降低成本以獲取更顯著的經(jīng)濟效益。[1]隨著以紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫為平臺的采油廠數(shù)采監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)，各采油廠將擺脫自動化“孤島”的傳統(tǒng)模式，把報表的手工抄錄方式改為自動采集數(shù)據(jù)并形成報表，加強數(shù)據(jù)有效共享，加強對各站的實時監(jiān)控，使采油廠的信息化向整體、綜合和集成的方向發(fā)展。本系統(tǒng)已于2011年9月應(yīng)用于大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠。

1、系統(tǒng)介紹

以紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫為平臺的采油廠數(shù)采監(jiān)測系統(tǒng)把分散在各站的裝置運行參數(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及儀表計量等的數(shù)據(jù)信息全部集中到一個智能化的實時監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)了現(xiàn)場各站到后方采油廠的實時數(shù)據(jù)采集的電子化、無紙辦公化；實現(xiàn)現(xiàn)場實時在線監(jiān)測裝置和儀表計量的運行狀況，為采油廠生產(chǎn)管理指揮提供了強有力的技術(shù)保證。實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)將及時、準(zhǔn)確、高效、方便地為管理者宏觀調(diào)控及采油廠今后的數(shù)據(jù)挖掘提供第一手資料，實現(xiàn)采油廠的自動化運行管理，提高生產(chǎn)管理效率，進(jìn)一步完善了油田數(shù)字化建設(shè)，改進(jìn)了采油廠生產(chǎn)信息管理的模式，真正達(dá)到油田數(shù)據(jù)信息資源的共享。

2、總體設(shè)計

采油廠數(shù)采監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)采前置機和監(jiān)控中心兩部分組成，其總體架構(gòu)圖如圖1所示。

 

圖1 系統(tǒng)總體框圖

Fig.1 Block Diagram of system hardware

 

      系統(tǒng)中數(shù)采前置機部分布置在各站控制室現(xiàn)場，由現(xiàn)場工控機或PLC、數(shù)采前置機等組成，完成從工控機或PLC上采集數(shù)據(jù)到前置機的功能。監(jiān)控中心由實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、熱備服務(wù)器和其他關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成。實時數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)采集前置機的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理、轉(zhuǎn)儲和WEB發(fā)布；熱備服務(wù)器和實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行雙機熱備，可以有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；實時數(shù)據(jù)庫還可根據(jù)需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到其他的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，如油田的A2(中國石油油氣水井生產(chǎn)管理系統(tǒng))系統(tǒng)。

2.1數(shù)采前置機的設(shè)計

      由于各站使用的上位機組態(tài)軟件各不相同，因此需要在各站監(jiān)控室設(shè)置一臺前置機用于采集數(shù)據(jù)，所有前置機中統(tǒng)一安裝紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件，上位機中安裝Remote I/O組件。

2.1.1Remote I/O組件

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須能夠把生產(chǎn)現(xiàn)場（包括中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站）的數(shù)據(jù)采集匯總在一起，以提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理以及為上層生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

根據(jù)需要在各站主控室設(shè)立前置機，每臺前置機負(fù)責(zé)與現(xiàn)場控制系統(tǒng)通信，同時將采集到的實時數(shù)據(jù)回傳至信息中心服務(wù)器。

目前，采集現(xiàn)場工控機上的數(shù)據(jù)有二種方式。第一種是用OPC或DDE的方式通過串口直接采集現(xiàn)場工控機的數(shù)據(jù)，但是這種方式受系統(tǒng)環(huán)境等各種因素的影響較大，可靠性及穩(wěn)定性都較差；第二種方式是把前置機的采集軟件布置在現(xiàn)場工控機上，這種方式可靠性和穩(wěn)定性都很好，但是出于安全性考慮或存儲空間及運行資源的限制，通常在現(xiàn)場的工控機上不允許安裝其它的大型軟件。

為此，系統(tǒng)應(yīng)用了一款遠(yuǎn)程數(shù)采組件，即Remote I/O組件。這個組件的特點是占用空間小、占用資源少，運行安全穩(wěn)定可靠。Remote I/O布置在現(xiàn)場工控機上，負(fù)責(zé)與工控機中的組態(tài)軟件通信，前置機通過其與現(xiàn)場工控機通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，Remote I/O在整個采集過程中擔(dān)任橋梁的作用。

2.1.2報表管理

報表管理分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)查詢。

數(shù)據(jù)采集包括數(shù)據(jù)的自動采集和人工錄入兩部分。自動采集是將現(xiàn)場上能夠采集上來的數(shù)據(jù)自動的存入實時數(shù)據(jù)庫并寫入報表中，如果操作員認(rèn)為這部分?jǐn)?shù)據(jù)不準(zhǔn)確，也可以對其進(jìn)行修改校正；人工錄入是將現(xiàn)場無法采集到的數(shù)據(jù)手動的錄入到報表中并存入指定時刻的歷史數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)查詢是針對整張報表而言的，就是將已經(jīng)在固定時間段存入歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢出來在報表上顯示，報表查詢是以天為單位的，可指定到具體的某一天。

2.2數(shù)據(jù)傳輸

      系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向是這樣的：前置機通過Remote I/O采集工控機上的數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)上傳到信息中心實時數(shù)據(jù)庫中，然后把實時數(shù)據(jù)庫中的需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

   由于通訊線路的故障或病毒的干擾都可能使通訊出現(xiàn)中斷現(xiàn)象。這就會給頂層數(shù)據(jù)庫造成數(shù)據(jù)缺失，影響歷史數(shù)據(jù)的完整性、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的時候保證數(shù)據(jù)的完整性，系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)恢復(fù)即斷點續(xù)傳技術(shù)。

   前端數(shù)采機和監(jiān)控中心服務(wù)器進(jìn)行通訊時，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或者機器重新啟動，數(shù)據(jù)庫間不能進(jìn)行即時的數(shù)據(jù)通訊，前端數(shù)采機能夠暫存斷線期間的歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)通訊恢復(fù)后將數(shù)據(jù)自動恢復(fù)到上層數(shù)據(jù)庫中。如果有實時數(shù)據(jù)庫向關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲的情況，在歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)的同時，還能對斷線期間應(yīng)該轉(zhuǎn)儲到關(guān)系庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。

系統(tǒng)支持多級數(shù)據(jù)恢復(fù)。如在下圖所示的前置機到二級服務(wù)器間出現(xiàn)了通信故障，在線路恢復(fù)后，前置機與二級服務(wù)器間將進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。雖然中心服務(wù)器與二級服務(wù)器之間沒有出現(xiàn)過通信故障現(xiàn)象，但是由于二級服務(wù)器在與前置機故障期間，自身數(shù)據(jù)沒有得到刷新，以至造成其上游服務(wù)器數(shù)據(jù)停滯現(xiàn)象。因此在前置機與二級服務(wù)器間將進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)時，也

將中心服務(wù)器關(guān)心的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。斷點續(xù)傳技術(shù)保證了歷史數(shù)據(jù)的完整性，而且這種恢復(fù)會層層向上，直到最終的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

 

圖2 數(shù)據(jù)恢復(fù)示意圖

Fig.2 Schematic Diagram of Data Recovery

 

2.3監(jiān)控中心的設(shè)計

      監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)采集數(shù)采前置機的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理、轉(zhuǎn)儲和WEB發(fā)布。

2.3.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲是將傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器上的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)儲軟件按照規(guī)定的格式、規(guī)定的時間間隔將所要轉(zhuǎn)儲的數(shù)據(jù)存儲到A2系統(tǒng)等其他的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

2.3.2WEB發(fā)布

   通過監(jiān)控中心服務(wù)器上的實時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行WEB發(fā)布，所有授權(quán)用戶均可通過瀏覽網(wǎng)頁的形式查看各站的實時工藝流程畫面，及時掌握所關(guān)心的數(shù)據(jù)，查看現(xiàn)場設(shè)備的運行情況等，實現(xiàn)了坐在辦公室里就能及時了解現(xiàn)場情況，指揮現(xiàn)場生產(chǎn)。WEB發(fā)布包括實時數(shù)據(jù)顯示，流程圖顯示，報警顯示，趨勢顯示等。

2.3.3客戶端

      監(jiān)控中心服務(wù)器上發(fā)布的畫面，包括工藝流程圖、重點實時數(shù)據(jù)、趨勢、報警和報表等都可通過瀏覽器查看。系統(tǒng)的權(quán)限管理和中國石油天然氣集團公司的域用戶管理相結(jié)合，實現(xiàn)了用戶只需用域用戶登錄就可獲得相應(yīng)的權(quán)限。

3、軟件設(shè)計

3.1數(shù)采前置機的軟件設(shè)計

      數(shù)采前置機通過串口與工控機相連，這也有效的防止了病毒的傳播，提高系統(tǒng)的安全性。首先在監(jiān)控組態(tài)軟件中建立驅(qū)動，配置Remote I/O，通過Remote I/O采集數(shù)據(jù)到前置機。然后在組態(tài)軟件中繪制工藝流程畫面、報表、歷史趨勢和報警等畫面，把采集上來的數(shù)據(jù)應(yīng)用到上述畫面中。

3.2監(jiān)控中心實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的軟件設(shè)計

      實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過局域網(wǎng)與前置機相連，通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源采集前置機的數(shù)據(jù)，并將工藝流程畫面、報表、歷史趨勢和報警等畫面進(jìn)行WEB發(fā)布，還要將需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。