摘要：本文介紹了作業(yè)區控制系統的組成及體系結構，描述了系統所要完成的基本功能和web發(fā)布。該系統顯著(zhù)提高了油氣田的經(jīng)濟效益，節省了大量的人力、物力、財力。

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

   1 概述

   長(cháng)期以來(lái)，油氣田生產(chǎn)自動(dòng)化與計算機技術(shù)的應用是分不開(kāi)的，從早期的單片機、單板機開(kāi)始，經(jīng)歷了工業(yè)控制機階段，到目前的DCS系統、SCADA系統。由早期的單機控制，到現在的C/S與B/S結構，計算機在油氣田生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中的應用達到了一個(gè)新的水平。自動(dòng)化技術(shù)與計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相結合，朝著(zhù)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、計量站、注水站、轉油站、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)數據進(jìn)入數據庫服務(wù)器中，實(shí)現實(shí)時(shí)監控和管理。

   2 系統組成

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

   系統的硬件組成主要有計量站PLC、油（氣）水井RTU，中心控制室數據服務(wù)器和web服務(wù)器。中心控制室到計量站通信線(xiàn)路采用光纖、雙絞線(xiàn)連接。遠端油水井采用無(wú)線(xiàn)通信連接。系統的軟件組成：RTU、PLC和DCS上位機監控操作系統采用基于Windows操作系統，工控機運行RTU、PLC和DCS相關(guān)的工控組態(tài)軟件包，數據服務(wù)器運行SQL Server數據庫，web服務(wù)器運行網(wǎng)頁(yè)發(fā)布文件。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化與管理信息系統主要分為決策層、數據層、監控層和現場(chǎng)層四個(gè)層次，而中心站的自動(dòng)化系統屬于監控層和現場(chǎng)層，通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò )把四個(gè)層次有機連接起來(lái)。

   四個(gè)層次功能描述:

   （1） 決策層——系統可以對數據層上傳的主要生產(chǎn)數據進(jìn)行統計、分析，管理者可以通過(guò)這些數據分析結果及時(shí)了解生產(chǎn)情況，做出正確的決策，指揮生產(chǎn)。

   （2） 數據層——該系統主要是對所有中心站的現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據和參數進(jìn)行收集、存儲及分類(lèi)，并自動(dòng)提取數據生成生產(chǎn)所需要的各類(lèi)報表，并能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和查詢(xún)，自動(dòng)對數據按月、季度、年度進(jìn)行匯總分析，為上級領(lǐng)導的分析和決策提供最直接真實(shí)的依據。

   （3） 監控層——該系統主要是對各中心站內的現場(chǎng)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、調控以及向上級系統進(jìn)行數據發(fā)送，同時(shí)對生產(chǎn)數據進(jìn)行顯示、存儲以及對故障點(diǎn)進(jìn)行報警處理。

   （4） 現場(chǎng)層——它是直接對生產(chǎn)流程進(jìn)行數據采集和調控，可以保證生產(chǎn)可靠安全高效地運行，大幅度地降低工人的勞動(dòng)強度，有效地消除安全隱患。

   站點(diǎn)遠程控制端直接決定著(zhù)現場(chǎng)自動(dòng)化控制的水平，因而應具備完善的功能、準確的計量算法、友好的人機界面、強大的通信能力。另外，雖然各站點(diǎn)的工藝流程不盡相同，但油井數、注水井數、采集點(diǎn)數、分離設備，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)化與管理信息系統應具有良好的軟、硬件擴展能力和現場(chǎng)適應性，組態(tài)和數據庫應用軟件應提供多種參數設置以適應不同的工藝要求。在硬件方面，應選用工業(yè)級的控制器和模塊，以及配套的工業(yè)級顯示屏、電臺、電源，以適應油田特殊的溫度、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的硬件產(chǎn)品。系統從現場(chǎng)控制終端到中心控制室、從通訊系統到管理網(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各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行配置、實(shí)時(shí)監控、計量結果上傳、歷史數據統計分析、報表打印等，從而計量站可無(wú)人值守，實(shí)現油田生產(chǎn)管理的全面自動(dòng)化。
  
   2.2系統結構圖

                      

    3 系統生產(chǎn)控制功能

    計量站生產(chǎn)擔負著(zhù)站內各個(gè)油井的液、油、氣三相計量任務(wù)，需要及時(shí)準確地為油田地質(zhì)部門(mén)提供油藏工程資料；注水站生產(chǎn)是根據油氣層的壓力、液位等數據給各水井進(jìn)行配注；油（水）氣井監控可實(shí)時(shí)監控井口壓力，保證生產(chǎn)的正常運行。根據各站點(diǎn)的工藝自控系統要完成以下功能：

    （1） 數據采集功能。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采集來(lái)的數據監控油、水井生產(chǎn)、及時(shí)發(fā)現異常情況并進(jìn)行處理。

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

    （3）人機界面和鍵盤(pán)。采集數據顯示、報警顯示、工藝流程監視、參數設置等。通過(guò)人機界面及鍵盤(pán)可實(shí)現現場(chǎng)站點(diǎn)監測操作和設置，能根據油田作業(yè)變更做相應的參數調整。

    （4）通訊接口。通過(guò)通信線(xiàn)路與中心控制室的通信，實(shí)現站點(diǎn)采集數據上傳、計量、監測結果上傳和中心控制室參數設置的下傳等遠程操作，從而實(shí)現站點(diǎn)無(wú)人值守。

   4 系統的數據管理功能

   軟件方面采用標準、開(kāi)放的通信協(xié)議。RTU、PLC和DCS軟件通過(guò)ODBC、ADO或者直接的數據庫接口，將數據實(shí)時(shí)寫(xiě)入數據庫中。

   4.1 數據服務(wù)器基本功能

   （1） 系統數據維護。如SCADA系統、DCS系統內部維護所使用的信息，以及中心控制室操作班組等操作安全信息等。

   （2） 站點(diǎn)基礎數據維護?；A數據庫維護則保證MIS系統內部信息與實(shí)際生產(chǎn)情況保持一致。

   （3） 動(dòng)態(tài)采集信息。動(dòng)態(tài)采集數據包括各個(gè)站點(diǎn)現場(chǎng)的溫度、壓力、流量、天然氣濃度等歷史數據，以及各個(gè)油井的產(chǎn)量計量結果等。

   （4） 數據處理和分析。對生產(chǎn)中的異常數據進(jìn)行分析和處理。

   （5） 報表輸出。自動(dòng)生成油、水井日報表和中心站綜合報表以及設備運行報表。

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

  （1） 通信輪訓周期。指各個(gè)站點(diǎn)RTU、PLC和DCS數據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)化信息管理系統實(shí)時(shí)性的重要指標。

   （2） 穩定性和可靠性。一個(gè)穩定的生產(chǎn)自動(dòng)化信息管理系統應該能長(cháng)期連續運行。中心控制室電臺或主數據服務(wù)器出現故障后，應該能夠順利切換到備份系統運行，以避免影響生產(chǎn)。

   （3） 系統的擴展性和適應性。應能夠實(shí)現動(dòng)態(tài)增減油水井、計量站、注水站等能夠適應油田常見(jiàn)的作業(yè)變更。

   5 系統數據發(fā)布

   實(shí)時(shí)數據庫系統在實(shí)際生產(chǎn)中主要承擔系統所有實(shí)時(shí)數據的存儲和管理，為相關(guān)的功能提供快速、正確的實(shí)時(shí)信息。因此對實(shí)時(shí)數據庫來(lái)說(shuō)，其實(shí)時(shí)性是第一位的。

   web數據發(fā)布系統。在油氣田上進(jìn)行的生產(chǎn)指揮活動(dòng)面對的是廣闊的油田、錯綜復雜的地形地貌、難以捉摸的地質(zhì)條件、分布廣泛的作業(yè)區、長(cháng)而復雜的傳輸管線(xiàn)、規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、大型的機械設備、眾多的生產(chǎn)工藝和技術(shù)環(huán)節、品種繁雜且數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。傳統的信息系統通常只具有處理、管理、分析二維屬性數據的能力、為決策過(guò)程提供有用的信息，以報表的形式把信息提供給決策人員，這樣的信息系統缺少管理空間數據的能力，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應用系統不僅僅是一個(gè)完整的信息系統，它還能實(shí)現圖形、圖像空間數據和屬性數據的統一管理，提供各種范圍內的編輯、復制功能，允許快速地改正并更新向量及有關(guān)的描述數據，把所需要的信息和圖像數據提供給用戶(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，只要擁有相應的權限，不需要進(jìn)行繁雜的軟件系統安裝，聯(lián)接進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，點(diǎn)擊相應的鏈接，就可以獲取相關(guān)的數據信息。

   實(shí)時(shí)數據庫系統web數據以及GIS系統（地理信息系統）相結合，實(shí)現生產(chǎn)信息在油氣田系統內部的共享，提高信息應用和生產(chǎn)管理水平。

   6 結論

   通過(guò)各站點(diǎn)自動(dòng)化系統的建設，利用通用的數據接口將數據發(fā)送到中心控制室數據服務(wù)器中，對數據進(jìn)行統一管理。油氣田生產(chǎn)自動(dòng)化信息管理系統能夠顯著(zhù)提高油氣田的經(jīng)濟效益，節約大量的人力、物力和財力，同時(shí)它也是數字化油氣田的一個(gè)重要組成部分。通過(guò)自動(dòng)化信息管理系統的建設，能更及時(shí)準確地掌握油氣田的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，對油氣田的生產(chǎn)和管理有著(zhù)極大的指導作用。   

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第二期