0、引言

      隨著自動(dòng)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(jī)構(gòu)成簡(jiǎn)易的分散型測(cè)控系統(tǒng)。但這些自動(dòng)化系統(tǒng)都是分散在各站上，管理者如果不到現(xiàn)場(chǎng)則不能及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，使各站的自動(dòng)化系統(tǒng)形成 “孤島”。另外，對(duì)數(shù)據(jù)的利用比較簡(jiǎn)單，報(bào)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(jī)系統(tǒng)及PLC并存，使得實(shí)現(xiàn)廠級(jí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)十分困難。 

為了提高競(jìng)爭(zhēng)能力，連續(xù)工業(yè)正在不斷地通過(guò)提高自動(dòng)化水平來(lái)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(jì)效益。[1]隨著以紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為平臺(tái)的采油廠數(shù)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，各采油廠將擺脫自動(dòng)化“孤島”的傳統(tǒng)模式，把報(bào)表的手工抄錄方式改為自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并形成報(bào)表，加強(qiáng)數(shù)據(jù)有效共享，加強(qiáng)對(duì)各站的實(shí)時(shí)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為平臺(tái)的采油廠數(shù)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)把分散在各站的裝置運(yùn)行參數(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及儀表計(jì)量等的數(shù)據(jù)信息全部集中到一個(gè)智能化的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)各站到后方采油廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的電子化、無(wú)紙辦公化；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置和儀表計(jì)量的運(yùn)行狀況，為采油廠生產(chǎn)管理指揮提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保證。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將及時(shí)、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(shí)現(xiàn)采油廠的自動(dòng)化運(yùn)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(jì)

采油廠數(shù)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)采前置機(jī)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(jī)部分布置在各站控制室現(xiàn)場(chǎng)，由現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)或PLC、數(shù)采前置機(jī)等組成，完成從工控機(jī)或PLC上采集數(shù)據(jù)到前置機(jī)的功能。監(jiān)控中心由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、熱備服務(wù)器和其他關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)采集前置機(jī)的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)儲(chǔ)和WEB發(fā)布；熱備服務(wù)器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行雙機(jī)熱備，可以有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)還可根據(jù)需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到其他的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，如油田的A2(中國(guó)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(jī)的設(shè)計(jì)

      由于各站使用的上位機(jī)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(tái)前置機(jī)用于采集數(shù)據(jù)，所有前置機(jī)中統(tǒng)一安裝紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件，上位機(jī)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(chǎng)（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(jī)，每臺(tái)前置機(jī)負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)通信，同時(shí)將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳至信息中心服務(wù)器。

目前，采集現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)上的數(shù)據(jù)有二種方式。第一種是用OPC或DDE的方式通過(guò)串口直接采集現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)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(jī)的采集軟件布置在現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)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(chǔ)空間及運(yùn)行資源的限制，通常在現(xiàn)場(chǎng)的工控機(jī)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(gè)組件的特點(diǎn)是占用空間小、占用資源少，運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠。Remote I/O布置在現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)上，負(fù)責(zé)與工控機(jī)中的組態(tài)軟件通信，前置機(jī)通過(guò)其與現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，Remote I/O在整個(gè)采集過(guò)程中擔(dān)任橋梁的作用。

2.1.2報(bào)表管理

報(bào)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(dòng)采集和人工錄入兩部分。自動(dòng)采集是將現(xiàn)場(chǎng)上能夠采集上來(lái)的數(shù)據(jù)自動(dòng)的存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)并寫(xiě)入報(bào)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(duì)其進(jìn)行修改校正；人工錄入是將現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法采集到的數(shù)據(jù)手動(dòng)的錄入到報(bào)表中并存入指定時(shí)刻的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。

數(shù)據(jù)查詢是針對(duì)整張報(bào)表而言的，就是將已經(jīng)在固定時(shí)間段存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)查詢出來(lái)在報(bào)表上顯示，報(bào)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(jī)通過(guò)Remote I/O采集工控機(jī)上的數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)上傳到信息中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(huì)給頂層數(shù)據(jù)庫(kù)造成數(shù)據(jù)缺失，影響歷史數(shù)據(jù)的完整性、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的時(shí)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(diǎn)續(xù)傳技術(shù)。

   前端數(shù)采機(jī)和監(jiān)控中心服務(wù)器進(jìn)行通訊時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或者機(jī)器重新啟動(dòng)，數(shù)據(jù)庫(kù)間不能進(jìn)行即時(shí)的數(shù)據(jù)通訊，前端數(shù)采機(jī)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(dòng)恢復(fù)到上層數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)向關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的情況，在歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)的同時(shí)，還能對(duì)斷線期間應(yīng)該轉(zhuǎn)儲(chǔ)到關(guān)系庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。

系統(tǒng)支持多級(jí)數(shù)據(jù)恢復(fù)。如在下圖所示的前置機(jī)到二級(jí)服務(wù)器間出現(xiàn)了通信故障，在線路恢復(fù)后，前置機(jī)與二級(jí)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(jí)服務(wù)器之間沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)通信故障現(xiàn)象，但是由于二級(jí)服務(wù)器在與前置機(jī)故障期間，自身數(shù)據(jù)沒(méi)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(jī)與二級(jí)服務(wù)器間將進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)，也

將中心服務(wù)器關(guān)心的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。斷點(diǎn)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(huì)層層向上，直到最終的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)

      監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)采集數(shù)采前置機(jī)的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)儲(chǔ)和WEB發(fā)布。

2.3.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)是將傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器上的數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)軟件按照規(guī)定的格式、規(guī)定的時(shí)間間隔將所要轉(zhuǎn)儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到A2系統(tǒng)等其他的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.3.2WEB發(fā)布

   通過(guò)監(jiān)控中心服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行WEB發(fā)布，所有授權(quán)用戶均可通過(guò)瀏覽網(wǎng)頁(yè)的形式查看各站的實(shí)時(shí)工藝流程畫(huà)面，及時(shí)掌握所關(guān)心的數(shù)據(jù)，查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況等，實(shí)現(xiàn)了坐在辦公室里就能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，指揮現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。WEB發(fā)布包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，流程圖顯示，報(bào)警顯示，趨勢(shì)顯示等。

2.3.3客戶端

      監(jiān)控中心服務(wù)器上發(fā)布的畫(huà)面，包括工藝流程圖、重點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、趨勢(shì)、報(bào)警和報(bào)表等都可通過(guò)瀏覽器查看。系統(tǒng)的權(quán)限管理和中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司的域用戶管理相結(jié)合，實(shí)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(jì)

3.1數(shù)采前置機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

      數(shù)采前置機(jī)通過(guò)串口與工控機(jī)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(dòng)，配置Remote I/O，通過(guò)Remote I/O采集數(shù)據(jù)到前置機(jī)。然后在組態(tài)軟件中繪制工藝流程畫(huà)面、報(bào)表、歷史趨勢(shì)和報(bào)警等畫(huà)面，把采集上來(lái)的數(shù)據(jù)應(yīng)用到上述畫(huà)面中。

3.2監(jiān)控中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上的軟件設(shè)計(jì)

      實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)與前置機(jī)相連，通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源采集前置機(jī)的數(shù)據(jù)，并將工藝流程畫(huà)面、報(bào)表、歷史趨勢(shì)和報(bào)警等畫(huà)面進(jìn)行WEB發(fā)布，還要將需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。