活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)題---實(shí)現石油與化工的信息化

   1. 項目背景介紹

   新疆油田地處荒漠，成千上萬(wàn)口采油井分布在廣闊地域上，被按照采油井—計量站—轉油站—聯(lián)合站—采油區—采油廠(chǎng)—石油公司這樣的多層次結構、按照“三級控制、兩級管理”的模式進(jìn)行生產(chǎn)管理。每一層級的控制，都需要大量的人員跑現場(chǎng)、抄表，效率低下，現場(chǎng)環(huán)境惡劣、員工工作負擔重；同時(shí)，地面集輸系統站點(diǎn)多、管線(xiàn)復雜，這些又都導致了采油成本增加。

  石油物聯(lián)網(wǎng)項目基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)遙感遙測技術(shù)、先進(jìn)通訊技術(shù)、計算機及其網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，結合先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化軟件和工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫軟件，實(shí)現采油生產(chǎn)、管理自動(dòng)化、信息化、智能化。

   2. 項目目標與原則

   依靠技術(shù)創(chuàng )新與突破，轉變思想，改變傳統工藝模式，最大限度的取消計量站，配水間等中間環(huán)節設施，優(yōu)化采油區集輸管網(wǎng)部署結構，按照統一規劃、分步實(shí)施的方式，組織開(kāi)展綜合研究，重點(diǎn)做好示功圖求產(chǎn)與單井計量、數據遠程采集與傳輸、注水井的遠程自動(dòng)化技術(shù)、設備遠程監控與維護管理、增產(chǎn)措施預案與執行等，達到優(yōu)化工藝、節能降耗、輔助管理的目的，打造具有“兩化融合”特色的數字化、信息化、智能化油田。為此確立技術(shù)與管理兩方面的建設目標。

  技術(shù)目標

(1) 建立集團公司統一的生產(chǎn)數據信息平臺，逐步實(shí)現油田公司、二級單位及基層單位的生產(chǎn)信息共享。
(2) 建立統一的生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理平臺，實(shí)現真正的網(wǎng)上業(yè)務(wù)數據流轉，而不僅僅是數據的存儲和查詢(xún)，更要為決策支持等提供高層次應用。
(3) 建立統一的設備管理平臺，實(shí)現實(shí)時(shí)在線(xiàn)的設備狀態(tài)監控，準確定位設備故障，及時(shí)處置，降低計劃外停機時(shí)間。
(4) 在集團公司統一的生產(chǎn)業(yè)務(wù)平臺基礎上，實(shí)現任意地理位置可對生產(chǎn)信息進(jìn)行詳細的查詢(xún)。
(5) 實(shí)現采油生產(chǎn)歷史數據綜合分析，研究采油生產(chǎn)各類(lèi)地質(zhì)狀況下的最佳生產(chǎn)實(shí)踐。
(6) 借助網(wǎng)絡(luò )實(shí)現集團公司生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化、現代化和規范化。信息系統本身的目標，必須具備快速、便利的系統維護功能，可遠程維護、遠程升級，適應油田生產(chǎn)的地區分散性和業(yè)務(wù)的多變性及復雜性這些特點(diǎn)；

   管理目標

(1) 提高生產(chǎn)管理水平，增強對油田生產(chǎn)的宏觀(guān)監測、分析、指揮調度，科學(xué)管理石油增產(chǎn)措施；
(2) 推進(jìn)企業(yè)信息化經(jīng)營(yíng)，宏觀(guān)調控生產(chǎn)結構，合理控制生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率；
(3) 建立統一、開(kāi)放、競爭、有序的生產(chǎn)秩序，不同層次、工段對比最佳生產(chǎn)實(shí)踐；
(4) 建立統一指揮、管理順暢、權責一致的油田管理體制；
(5) 利用信息系統隨時(shí)提取、加工、匯總，及時(shí)掌握油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)；

   3. 項目實(shí)施與應用情況詳細介紹

   3.系統架構

   為達到中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統建設目標的要求，并保證系統的先進(jìn)性、穩定性、易操作性等，中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統架構采用數據采集層、存儲層、應用層三級結構設計，每個(gè)層級使用亞控科技對應的相關(guān)軟件產(chǎn)品，完成對中石油各石油開(kāi)采生產(chǎn)單位的實(shí)時(shí)在線(xiàn)數據及圖像監控及對各類(lèi)生產(chǎn)、設備運營(yíng)的數據統計分析以及增產(chǎn)措施管理等功能。

  3.1.功能介紹

   3.1.1數據采集

   KingIOServer數據采集與設備控制工程采用專(zhuān)門(mén)定制開(kāi)發(fā)的設備驅動(dòng)與設備實(shí)現連接，通過(guò)解析設備的通訊協(xié)議，讀取設備的實(shí)時(shí)數據，同時(shí)根據組態(tài)系統的授權檢驗和確認結果向設備發(fā)送控制參數和開(kāi)關(guān)指令。

   北京亞控擁有10余年工業(yè)控制領(lǐng)域軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，先后開(kāi)發(fā)過(guò)千余廠(chǎng)商的3600多種大中小型智能設備的通訊驅動(dòng)。擁有智能模塊、RTU、PLC等各類(lèi)國內外知名工控設備廠(chǎng)商設備的實(shí)際設備測試環(huán)境。

   KingIOServer即作為KingSCADA軟件的默認配置軟件單元，又可以作為獨立設備數據采集軟件。它支持的數據采集包括：
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     模擬量：對溫度，壓力，位移、載荷、流量等數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及處理；
? 開(kāi)關(guān)量：對狀態(tài)信號，事故信號等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及處理。
? 支持在線(xiàn)設備維護管理

   無(wú)論是計劃安排還是意外故障，生產(chǎn)停機維護、設備更換是必可避免的，KingIOServer軟件支持系統在線(xiàn)狀態(tài)下進(jìn)行設備維護管理，能自動(dòng)響應設備的更新。
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   支持多種硬件設備的通訊

   雖然系統中主要采集的設備是各類(lèi)傳感器，由于現場(chǎng)智能儀表繁多且每種設備的可選余地較大，因此項目中所采用的數據采集軟件能夠快速、可靠的與市面上常見(jiàn)的生產(chǎn)商的硬件設備實(shí)現通訊，此外還支持各種通訊規約、通訊協(xié)議及總線(xiàn)。

   數據采集軟件除了能通過(guò)各種各類(lèi)通訊方式（如有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、3G、WiFi等）和通訊鏈路（如串口、以太網(wǎng)及現場(chǎng)總線(xiàn)）通訊之外，還可以通過(guò)一些通用的軟件接口（如API、COM、ODBC、OPC）與第三方系統進(jìn)行數據交互。
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   靈活的采集控制

   系統中支持靈活的數據采集方式控制，提供用戶(hù)周期數據采集、數據變化采集等各種采集方式控制，支持用戶(hù)為不同的測點(diǎn)設置不同的采集頻率。
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   基于數據塊的高速采集

   在面對大量的實(shí)時(shí)數據采集時(shí)，傳統的以變量為單位的方式，從變量，到包，是需要花費時(shí)間的，變量越多，這部分時(shí)間越長(cháng)。對于采集速度要求較高的現場(chǎng)，這種方式顯然并不合適。

  項目中所采用的數據采集軟件基于“數據塊”來(lái)進(jìn)行數據的組織和傳輸，可將重要的參數設置在一個(gè)數據塊中，還可以對重要的數據塊設置采集次數。這種以“數據塊”為最小通訊單元的特點(diǎn)可提高數據采集和傳輸的速度。
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  與中心調度系統的交互

  從系統整體架構上看，各油井、分站的數據采集系統不但擔負著(zhù)采集數據的工作，同時(shí)還肩負著(zhù)與調度控制中心進(jìn)行數據交互的工作。從數據傳輸的快速、安全、可靠角度考慮，此時(shí)不應采用OPC方式（OPC方式每次通訊時(shí)都需要建立組，在組中建立項，然后再進(jìn)行每個(gè)項內數據包的請求與回應。數據幀還附加了OPC協(xié)議所要求的很多包頭和包尾，較為復雜，容易出錯，速度緩慢）。

  各油井、分站與調度控制中心間的交互應該通過(guò)平臺軟件自身的內部接口來(lái)實(shí)現快速、可靠的數據傳輸與交互。
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  數據緩存

  各油井、分站與調度控制中心間的出現網(wǎng)絡(luò )中斷、網(wǎng)速過(guò)慢情況并不多，但是一旦出現必將導致調度控制中心因數據缺失而造成分析的誤差、決策的不準確。因此，系統需確保即便網(wǎng)絡(luò )中斷也不丟失數據?；谶@一目的，數據采集系統提供了對于采集設備硬件的數據緩存的采集讀取功能，當網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)，系現場(chǎng)設備可將數據緩存在本地存儲，待恢復后，再自動(dòng)將緩存的數據采集傳送到數據庫中。如此一來(lái)，可最大程度的確保數據的萬(wàn)無(wú)一失。 
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  冗余

  由于數據的統計、分析工作是建立在大量連續歷史數據基礎上的，因此如果出現數據丟失將造成分析的誤差，因此為了保證數據連續性此處的兩個(gè)數據采集系統互為冗余。為了減少因網(wǎng)絡(luò )不穩定導致的誤切換，將采用專(zhuān)門(mén)的冗余狀態(tài)探測通道，通過(guò)配置專(zhuān)用網(wǎng)卡實(shí)現快速的切換，做到1S內的切換。
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   故障診斷

  在數據采集過(guò)程中，數據采集系統會(huì )對各監控點(diǎn)進(jìn)行通訊性能診斷和統計，如：連接成功時(shí)間，當前使用數據塊個(gè)數，最后一次更新成功時(shí)刻等。當某個(gè)設備發(fā)生數據通訊異常時(shí)，數據采集系統會(huì )迅速診斷出并產(chǎn)生能夠產(chǎn)生相關(guān)報警，以通知相應人員進(jìn)行處理。

  數據采集系統向操作人員提供一個(gè)直觀(guān)的監視窗口，操作者不用再通過(guò)觀(guān)察界面數據刷新情況來(lái)判斷，提高故障診斷的效率，為盡快排除故障爭取了時(shí)間。

  3.1.2SCADA系統

  KingSCADA作為整個(gè)系統的工程核心，完成站控的圖形界面組態(tài)、設備控制授權檢驗、設備控制確認過(guò)程組態(tài)、系統實(shí)時(shí)歷史狀態(tài)分析等功能。
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  畫(huà)面監視

  操作人員可通過(guò)SCADA系統的圖形界面對系統進(jìn)行監控，控制權限由登錄的用戶(hù)角色確定，分別分為管理員、操作員和工程師三種角色。將整個(gè)組態(tài)系統分為調度管理、系統監控和系統維護三個(gè)模式，不同角色和權限的用戶(hù)只能進(jìn)入授權的安全許可的模式。

  如管理員可以控制整個(gè)系統，可以：在指定的系統監控模式工作，應能執行：
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     對系統內的所有設備實(shí)施控制；
? 接收和確認來(lái)自整個(gè)系統的報警；
? 所有顯示的監視；
? 指令和設定值。

  如工程師可以設置整個(gè)系統的配置參數：采油各類(lèi)報警參數、注水各類(lèi)報警參數、注水量控制參數等。

  還可以做配置用戶(hù)，退出系統等高權限的操作。操作員只能進(jìn)入調度管理模式。而工程師可以進(jìn)入系統維護模式。
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  大畫(huà)面漫游及無(wú)極縮放

  SCADA系統圖形展示的直觀(guān)逼真與否將關(guān)系到操作人員作出判斷的及時(shí)性和準確性。為了便于操作人員日常的監控，SCADA系統提供大畫(huà)面漫游及無(wú)極縮放的功能。其目的是在一個(gè)界面上可以進(jìn)行總體的全局的監控，也可放大到某一局部環(huán)節進(jìn)行精細的監控，監控畫(huà)面無(wú)需來(lái)回切換。
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   豐富的動(dòng)畫(huà)效果

  SCADA系統具有多種動(dòng)畫(huà)連接，如鼠標特性、過(guò)渡色、透明色等，圖形界面采用GDI+技術(shù)。利用這些動(dòng)畫(huà)效果，在上位機即可再現現場(chǎng)的工藝環(huán)節，幫助操作人員快速準確作出判斷。
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   畫(huà)面集成

  在油井、站控的SCADA監控畫(huà)面中，將把視頻信號集成進(jìn)來(lái)，目的是畫(huà)面中的工藝流程能與現場(chǎng)實(shí)際動(dòng)作情況實(shí)現對應。比如，當操作人員通過(guò)畫(huà)面監控某油井、某輸入管道的運作情況時(shí)，能同時(shí)觀(guān)察到該位置的視頻圖像，以便進(jìn)行狀態(tài)的核實(shí)。如此一來(lái)，操作人員無(wú)需再到現場(chǎng)觀(guān)察控制情況。
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  報警處理

  SCADA系統可以對生產(chǎn)過(guò)程中設備狀態(tài)及運行參數的變化進(jìn)行判斷，當發(fā)生異常時(shí)予以及時(shí)的報警，如越限報警等。
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    當產(chǎn)生報警時(shí)，在控制界面上有相應的指示燈閃爍，同時(shí)可發(fā)出報警聲響加以提示。報警的笛聲在確認后可。
? 當產(chǎn)生報警時(shí)可以有實(shí)時(shí)報警窗彈出，也可以事先實(shí)時(shí)打印一條報警信息。
? 報警分999個(gè)報警級別。不同的級別可用不同的顏色表示，如流量橙色預警。
? 報警信息在報出的同時(shí)也一并存入報警數據庫。記錄這些內容：
? 報警事件生成的日期/時(shí)間；
? 報警組；
? 報警標記名；
? 報警標記的類(lèi)型（實(shí)型/整型/布爾型）；
? 報警類(lèi)型（低低，低，高，高高，計數，偏差等）；
? 操作員，確認報警的節點(diǎn)名，報警優(yōu)先級等；
? 如果需要可以對報警信息進(jìn)行查詢(xún)，具有條件查詢(xún)的功能，如按報警時(shí)間查詢(xún)、按報警類(lèi)型查詢(xún)、按記錄類(lèi)型查詢(xún)等，可以實(shí)現多條件組合查詢(xún)，為了方便查詢(xún)條件的組合，支持基于SQL的標準化查詢(xún)語(yǔ)句。查詢(xún)結果可按需要進(jìn)行打印。
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   報警通知

   報警發(fā)生時(shí)，可以通過(guò)播放語(yǔ)音，撥打電話(huà)，發(fā)送短信，發(fā)送Email等形式通知各級人員。通知的重要說(shuō)明都是具體的文字說(shuō)明而事件代號。被通知的人員按照不同的級別，得到的內容各不相同(如可以將級別劃分為：領(lǐng)導層、指揮層、用戶(hù)層、操作員層、供應商層等),操作員得到的消息可能是某某事故，請速采取何措施。而領(lǐng)導者可能會(huì )得到更為詳細的消息，如某某事故，請速采取措施，未來(lái)5分鐘之后，管線(xiàn)泄漏將是如何的。
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  趨勢分析

   SCADA系統提供的趨勢分析包括：實(shí)時(shí)趨勢分析和歷史趨勢分析兩種。
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   實(shí)時(shí)趨勢: 來(lái)源于一系列的采樣值，這些采樣值按時(shí)間劃分,然后組合成圖形直觀(guān)的顯示過(guò)程情況.。
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   歷史趨勢: 通過(guò)歷史趨勢曲線(xiàn)使操作人員直觀(guān)的了解設備的歷史運行狀態(tài).操作人員可以自由設置曲線(xiàn)的起始時(shí)間,時(shí)間跨度,以及趨勢瀏覽翻動(dòng)的跨度.通過(guò)左右游標定位當前趨勢點(diǎn)的值.并且提供趨勢打印功能.
實(shí)時(shí)趨勢分析、歷史趨勢分析均通過(guò)SCADA系統提供的趨勢曲線(xiàn)控件來(lái)完成，控件除支持常見(jiàn)的曲線(xiàn)添加、隱藏、刪除、打印，游標設置，滾動(dòng)、縮放的功能外，還具有一下特點(diǎn)：
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   橫向、縱向比對

   系統趨勢分析，不單是簡(jiǎn)單的曲線(xiàn)觀(guān)察，還涉及到趨勢對比的要求，對比可以是橫向的也可以是縱向的。
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   縱向對比：比如，對一個(gè)輸入管進(jìn)行檢修以后，可將其當前的流量趨勢與一個(gè)月前的流量趨勢進(jìn)行對比，以了解檢修的效果。
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  橫向對比：比如，兩個(gè)完全相同的管線(xiàn)，可以通過(guò)觀(guān)察相同參數的趨勢曲線(xiàn)，了解兩者的性能的差異。
為了保證該功能的實(shí)現，SCADA系統提供的趨勢曲線(xiàn)控件具有多個(gè)繪圖區，每個(gè)繪圖區域提供多條X軸與Y軸，每個(gè)繪圖區域至少支持16條趨勢曲線(xiàn)。
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  分組分類(lèi)

  可對參數進(jìn)行分組、分類(lèi)，操作人員可通過(guò)數型控件進(jìn)行選擇，實(shí)現曲線(xiàn)的快速替換。分組分類(lèi)的目的是快速查找、快速選擇、快速繪制。
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  冗余

  系統中除了數據采集系統實(shí)型雙冗余之外，為了保證系統監控的安全穩定，SCADA系統也采用雙冗余的方式，當主系統故障的時(shí)候，備份系統將立即接管主系統的工作，不至于造成上位機監控的癱瘓。冗余功能的重點(diǎn)：
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  快速切換

  切換速度是否快速是衡量SCADA系統性能的指標之一。從各站控運行安全角度考慮，冗余切換速度應盡可能快。SCADA系統與數據采集系統部署在同一個(gè)服務(wù)器上，因此SCADA系統也將采用獨立的探測通道，通過(guò)配置專(zhuān)用網(wǎng)卡實(shí)現快速的切換。當服務(wù)器出現故障時(shí)冗余系統能夠自動(dòng)完成切換，切換時(shí)間小于1秒。
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  不丟失數據

   在冗余切換過(guò)程中應保證實(shí)時(shí)數據、歷史數據、報警數據的完整，這些數據是不允許丟失的，以便操作人員隨時(shí)利用。因此在故障恢復后，兩個(gè)SCADA系統將進(jìn)行數據同步，同步的數據包括：實(shí)時(shí)數據、歷史數據、報警數據。
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   系統的開(kāi)發(fā)與維護
當現場(chǎng)運行的軟件工程難免會(huì )需要修改及調整，要想輕松的完成工程的修改，軟件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)環(huán)境的功能一定要強大，其目標是：盡量減少工作量。SCADA系統的開(kāi)發(fā)環(huán)境具有下列功能特點(diǎn)：
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   提高開(kāi)發(fā)效率
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   不受限于顯示器的分辨率，支持無(wú)極縮放功能，可在泵閘總貌與局部之間漫游，方便工程的開(kāi)發(fā)。
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   提供數據模型。對于存在多個(gè)相同設備的場(chǎng)景，通過(guò)模型復用的方式快速新建設備、數據點(diǎn)、邏輯腳本等，避免重復性的建點(diǎn)、添加邏輯關(guān)系的工作。修改時(shí)通過(guò)修改模型，傳播至所有對象上，達到一勞永逸的效果。
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   提供圖形模型。對于存在多個(gè)相同圖形對象的場(chǎng)景，通過(guò)模型復用的方式快速建立圖形對象以及對象中的屬性、動(dòng)畫(huà)連接等。在修改時(shí)，通過(guò)修改圖形模型，可傳播至所有圖形對象上，以減少工作量。
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   開(kāi)發(fā)環(huán)境提供批量建點(diǎn)、變量導入、導出、合并功能。當變量點(diǎn)數達到一定數量之后，為避免查找變量的困難，開(kāi)發(fā)環(huán)境提供變量的快速搜索定位功能。提供全中文變量名和函數名的定義方式，方便開(kāi)發(fā)人員的識別。
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   實(shí)現好的開(kāi)發(fā)效果
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   提供水行業(yè)圖庫精靈，開(kāi)放過(guò)濾色、透明色等圖形屬性，提供位圖聯(lián)播、鼠標特效等動(dòng)畫(huà)連接，以便實(shí)現水行業(yè)特有的工藝特效。
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   提供腳本開(kāi)發(fā)平臺，可以就系統事件、數據改變、報警、熱鍵觸發(fā)、調度等多重事件編寫(xiě)腳本，以類(lèi)C語(yǔ)言作為內置編程語(yǔ)言（C語(yǔ)言簡(jiǎn)單且普及性高）。
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   開(kāi)發(fā)環(huán)境提供各種函數，如三角函數、數制轉換函數、報表函數、數據庫操作函數、權限函數等。
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  保證工程的安全性
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   工程的開(kāi)發(fā)環(huán)境可進(jìn)行加密，沒(méi)有權限的工程人員無(wú)法進(jìn)入修改。
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  工程開(kāi)發(fā)完畢后，為避免開(kāi)發(fā)的失誤造成運行的錯誤，開(kāi)發(fā)環(huán)境提供編譯功能，自動(dòng)提示錯誤個(gè)數及錯誤位置；在參數設置時(shí)若設置錯誤（如數據類(lèi)型錯誤），在編寫(xiě)腳本語(yǔ)言時(shí)若出現語(yǔ)法錯誤，系統會(huì )自動(dòng)提示；

  3.1.3數據庫系統

   3.1.3.1數據庫建設要點(diǎn)

  數據庫建設要遵循以下要點(diǎn)：

  1.根據系統有關(guān)的空間數據、屬性數據、運行數據、業(yè)務(wù)管理數據等數據的要求，設計合理的數據庫體系，使之在范式水平、冗余度和可操作性上有一個(gè)合理的平衡和可擴充性；

  2.各類(lèi)數據分類(lèi)與編碼、數據精度、作業(yè)規程等應符合現行相關(guān)國家標準、行業(yè)標準的規定；

  3.數據庫的設計應考慮實(shí)施中與各分調度中心等相關(guān)系統的數據交換與接口；

  4.進(jìn)行數據庫設計時(shí)，根據該系統情況分別對管理數據和其它數據的量進(jìn)行估計，合理設計數據庫結構。

  數據庫系統建設，要堅持從大局著(zhù)眼，用系統工程的思想方法把握全局。數據庫設計應在規范化，標準化的前提下，在穩固和安全的基礎之上，重靈活性、開(kāi)放性、先進(jìn)性等。同時(shí)要面向調度中心未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展需要，注重資源配置、數據標準化、資源共享、數據更新、以及數據庫系統的可擴展性與安全性，統籌規劃、嚴格管理，使整個(gè)數據庫系統建設具有突破性和前瞻性。

  3.1.3.2數據庫組成

  根據中心的業(yè)務(wù)功能需求，數據庫從建庫內容上來(lái)說(shuō)主要包含以下幾個(gè)方面：
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   運行實(shí)時(shí)數據
? 設施類(lèi)數據
? 設備類(lèi)數據
? 監測類(lèi)數據
? 業(yè)務(wù)類(lèi)數據
? 管理類(lèi)數據
? 系統類(lèi)數據
? 其他數據

   數據之間的關(guān)聯(lián)主要依靠地理位置關(guān)聯(lián)、屬性ID 關(guān)聯(lián)、時(shí)間關(guān)聯(lián)以及業(yè)務(wù)功能權限關(guān)聯(lián)。建立數據庫主要工作是分清數據庫的概念組成，定義數據庫邏輯結構，包括空間數據的分層、屬性數據關(guān)系表定義、屬性與空間數據的關(guān)聯(lián)定義等，最后將這些數據庫的邏輯設計在數據庫中加以物理的實(shí)現，包括存儲策略、分布策略、索引策略等。

    3.1.3.3數據庫的部署

    在調度控制中心的工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫服務(wù)器上部署工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫KingHistorian，用來(lái)存儲海量的、具有時(shí)間特性的過(guò)程數據；使用用戶(hù)自定義關(guān)系數據表存放的是一旦確定不會(huì )經(jīng)常性變化的數據，如工作班次、管理類(lèi)數據等。

   3.1.3.4工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫系統
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    數據采集
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    數據壓縮過(guò)濾方案

    經(jīng)過(guò)分析項目中數據可以根據數據變化的頻率區分：變化快速且不規律的，需要進(jìn)行快速采集；變化較少的，只需變化時(shí)進(jìn)行存儲；存在一定比例關(guān)系的，可以在過(guò)濾后進(jìn)行存儲。工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫在數據采集時(shí)便提供3種以上的壓縮方式，如死區壓縮、旋轉門(mén)壓縮等。
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   下層數據訂閱方案

   對于工業(yè)過(guò)程數據采集，通常采用兩種方式：周期輪詢(xún)、訂閱。對于變化頻繁的數據，一般采用周期采集，可設置采集周期；而對于變化較少的數據，通常采用訂閱方案，即只有數據值發(fā)生變化時(shí)，才會(huì )采集并存入工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫中。
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    數據存儲

   針對非常高數據采集密度的需求，數據采集方案可使實(shí)際到達數據庫數據得到降低。同時(shí)對于如此龐大的數據，最終進(jìn)行歸檔時(shí)，適當的數據壓縮也是必要的。工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫在數據存儲時(shí)同樣提供死區壓縮、旋轉門(mén)壓縮、改進(jìn)的死區壓縮等多種壓縮算法，在保證數據壓縮前后趨勢不變得前提下使得所消耗的磁盤(pán)空間下降。
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   存儲瓶頸

   普通磁盤(pán)系統，硬件的存儲速度約為20M Byte/1秒，這樣的存儲速度，一秒鐘存20萬(wàn)點(diǎn)數據，以每條數據8Byte計算，存儲需要的機械速度是1.6M Byte/1秒，完全是符合需求的。工業(yè)數據主要的組織格式是以變量為索引的時(shí)間順序，因此，當一次寫(xiě)入不同變量的數據時(shí)，也需要相應的磁盤(pán)尋址時(shí)間，而并不是20萬(wàn)點(diǎn)數據及時(shí)一次寫(xiě)入磁盤(pán)的連續區域。

   真正耗費時(shí)間的是磁盤(pán)尋址，也就是磁頭在磁盤(pán)面上轉動(dòng)和伸縮的時(shí)間，而真正用來(lái)讀寫(xiě)數據的時(shí)間是小部分。而數據查詢(xún)則是需要磁盤(pán)尋址最頻繁的操作。由于硬件的操作才是整個(gè)系統的瓶頸，本項目所采用的工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫采用了采集緩存機制，只有整個(gè)工業(yè)庫的緩存數據區滿(mǎn)后，才一次性寫(xiě)入到磁盤(pán)上，盡最大可能減少磁盤(pán)尋址時(shí)間和硬件交互時(shí)間。

   為了解決數據存儲的瓶頸問(wèn)題，工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫采用批量數據寫(xiě)入的存儲機制。如上圖所示，采用非Windows系統緩存的工業(yè)數據庫專(zhuān)用緩存，保存實(shí)時(shí)數據，只有當累積到一定的數據量只后才會(huì )一次性的將數據寫(xiě)入到磁盤(pán)上，這種機制可減少磁盤(pán)尋址，避免數據存儲瓶頸對數據存儲的負面影響。
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   歸檔數據壓縮

   對于一個(gè)變量的一條記錄，按變量名id 4Bytes、數據值8Bytes、時(shí)間戳4Bytes、質(zhì)量戳1Byte、數據版本1Byte計算，一條關(guān)系數據記錄有18Bytes組成。對于工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫而言，經(jīng)過(guò)壓縮以后，實(shí)際上一條工業(yè)數據庫記錄大約只有7Bytes，因此整個(gè)工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫可以節省非常多的磁盤(pán)空間。
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   數據檢索
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   數據處理查詢(xún)

   數據庫的最終價(jià)值體現在它能夠支持數據處理與數據分析，使其它系統如決策支持和專(zhuān)家調度系統獲得有用的信息，而這些獲取信息的過(guò)程，必然伴隨數據的并發(fā)查詢(xún)與檢索。
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    實(shí)現高速并發(fā)歷史數據查詢(xún)的方案

   訪(fǎng)問(wèn)歷史數據唯一的制約因素就是硬盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)速度。工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫專(zhuān)門(mén)開(kāi)辟了一個(gè)內部緩沖區，查詢(xún)數據時(shí)首先在緩沖區查找符合條件的數據，若不能，再到硬盤(pán)上讀取相應的數據。在有大量客戶(hù)多次并發(fā)查詢(xún)時(shí)，有很多次查詢(xún)可以在內存緩沖區中完成，這樣做可以減少磁盤(pán)尋址的次數和規模。
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   統計、分析數據查詢(xún)

   有些數據查詢(xún)是伴隨著(zhù)對這些數據進(jìn)行計算，如某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的開(kāi)關(guān)量，單純的這個(gè)數據值只能說(shuō)明測點(diǎn)處在開(kāi)或關(guān)的狀態(tài)，沒(méi)有其他的意義。但是當數據經(jīng)過(guò)處理分析，如對機泵運行時(shí)間進(jìn)行統計、累計流量進(jìn)行統計等，對調度決策就具有另一種意義了。它要求系統提供便于設置的計算平臺工具。對數據的統計分析見(jiàn)“調度計算平臺”。
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   開(kāi)放性接口

   工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫支持以SQL方式對歷史數據的查詢(xún)，它采用開(kāi)放的系統結構，支持API for VC ++/VB/.NET、OLEDB、ODBC、COM等數據接口，可滿(mǎn)足系統二次開(kāi)發(fā)的要求。此外還可以與關(guān)系型數據庫進(jìn)行數據互訪(fǎng)?？梢詮钠渌膽贸绦蚧蚱渌麛祿熘袑霐祿綒v史數據庫當中，例如SQL Server、Oracle、Excel、Access等。

  在線(xiàn)\離線(xiàn)方式的靈活設置

  支持單獨或者批量組態(tài)標簽點(diǎn)，包括創(chuàng )建、更新、刪除、查詢(xún)標簽點(diǎn)以及相關(guān)屬性；為了平衡控制系統的數據通訊負載，系統支持針對過(guò)程數據特性，進(jìn)行單獨或者批量定義標簽點(diǎn)采集頻率；支持在線(xiàn)新增、刪除標簽點(diǎn)，修改標簽點(diǎn)屬性；支持離線(xiàn)和在線(xiàn)兩種方式進(jìn)行數據庫組態(tài)和配置。
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   安全性、可靠性

  工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫采用角色權限（讀數據角色，寫(xiě)數據角色，配置變量角色等等）、用戶(hù)權限相互配合雙層安全管理體制，保證數據安全。

   另外，項目中所采用的工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫還支持冗余與鏡像的系統架構，保證系統的穩定與可靠，其原理如下圖所示：
 
                   
                                               圖 冗余結構

   通過(guò)這樣的鏡像冗余系統，可以保證存儲、分析數據與網(wǎng)絡(luò )展示用的數據分開(kāi)，即使網(wǎng)絡(luò )上使用的數據遭到破壞，只是鏡像系統的損毀，只要更新進(jìn)行鏡像就可以恢復數據，保證整個(gè)數據系統的高可靠性和高可用性。

  3.2數字化油田與最佳生產(chǎn)實(shí)踐管理

   系統提供專(zhuān)業(yè)的石油采油分析功能，提供針對于采油設備的專(zhuān)業(yè)示功儀數據采集、存儲、分析與展示，提供專(zhuān)門(mén)的增產(chǎn)措施管理，利用宏觀(guān)控制圖提示增產(chǎn)措施方式。

   3.2.1示功圖

   系統實(shí)現采油生產(chǎn)實(shí)時(shí)監控與管理，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的抽油機功圖，完成功圖求產(chǎn)與抽油機故障分析檢測。系統將示功圖、電流圖原始數據在工業(yè)實(shí)時(shí)數據庫進(jìn)行長(cháng)期管理，后期分析不需要任何加工就可以直接調用。依據載荷位移關(guān)系，分析抽油機產(chǎn)液量、分析采油生產(chǎn)是否正常，實(shí)現生產(chǎn)管理與控制的自動(dòng)化與信息化。

   分析主要診斷結果為：氣體影響，游動(dòng)凡爾漏失，抽油桿斷脫，卡泵，供液不足，固定凡爾漏失，氣鎖，連抽帶噴，固定凡爾卡死，泵嚴重磨損，完全液擊，柱塞脫落出工作筒，液體或機械磨損，泵上碰，泵下碰，泵工作基本正常等。

  相關(guān)計算方法

   Gibbs波動(dòng)方程
  
              

   求解該公式的算法：

   1、通過(guò)位移差分法得到以下公式
  
             

   根據位移邊界條件，力邊界條件 及初始值 可求得桿各點(diǎn)的位移，及載荷 并可以進(jìn)一步繪出示功圖。

    2、通過(guò)速度差分法得到以下公式
  
                 

   通過(guò)對速度進(jìn)行數值積分可以得到相應的位移。

   3有限差分法得到以下公式
  
                 

   則任意節點(diǎn)i時(shí)刻j的動(dòng)載荷以Fij表示
  
                

  5.2宏觀(guān)控制圖

   系統采用宏觀(guān)控制圖，完整分析油田生產(chǎn)潛力，為增產(chǎn)措施科學(xué)管理與實(shí)施提供技術(shù)知識和信息保障，為實(shí)現采油生產(chǎn)最佳實(shí)踐分析提供有力工具.
  
                  
                                             圖 宏觀(guān)控制圖

  4. 效益分析

   通過(guò)采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統的建設，采油工將可以通過(guò)電子巡井、遠程操控等手段，是每月野外工作量降低50%～70%；地面集輸系統將優(yōu)化掉站點(diǎn)30%左右，集輸管線(xiàn)每年能節省資金過(guò)百萬(wàn)元。