力控®組態(tài)軟件用于油田天然氣監(jiān)控管理系統(tǒng)

摘要: 介紹了大型天然氣實時生產(chǎn)管理系統(tǒng)的方案設計,實施以及應用效果。
關鍵詞：天然氣；管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

1 引言
我國天然氣資源較豐富，氣田分布面廣，并且常遠離工業(yè)城鎮(zhèn)和人口集居的地區(qū)；在同一氣田中氣井又十分分散，由于它所處的地理位置不同，開采層位各異，其天然氣成分和所含雜質(zhì)不一。一般來說，除在集輸工藝上需要一套與工藝設備相適應的自控儀表設備來對分離、計量、換熱、調(diào)壓等過程進行檢測與控制外，還需要有與生產(chǎn)相適應的縱觀全貌的調(diào)度管理系統(tǒng)。我國大慶油田的天然氣主要屬于油田伴生氣，其分布情況根據(jù)油田各個采油廠的位置而設立，大慶油田幅原遼闊，采油廠地理位置分散，相互距離十分遠，所以天然氣公司下屬的各天然氣處理站同樣十分分散，因此建立一個統(tǒng)一的，現(xiàn)代的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡十分重要。
三維科技股份有限公司設計、開發(fā)、并實施的天然氣公司實時生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)，從提高公司整體效益著眼，從強化生產(chǎn)經(jīng)營管理著手，建立覆蓋全部生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實時數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一安裝實時生產(chǎn)管理軟件，提高組織管理，生產(chǎn)經(jīng)營的水平，提高企業(yè)對市場的應變能力。
根據(jù)天然氣公司的區(qū)域分布，其實時信息管理系統(tǒng)具有三層應用結(jié)構(gòu)。


為簡化操作、減少系統(tǒng)維護和培訓工作量，系統(tǒng)軟件的客戶端全部采用瀏覽器方式，并支持遠程移動辦公和異地查詢。

2 系統(tǒng)介紹及特點
天然氣公司下屬60多個計算機操作崗，工藝處理類別包括天然氣凈化、提餾、原油穩(wěn)定、天然氣淺冷、深冷、增壓、儲運等，各裝置的監(jiān)控系統(tǒng)包括FORCECONTROL、PARAGON、FIX、FOXBORO等，我們在操作站內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集軟件和以太網(wǎng)卡，通過無線以太網(wǎng)將生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)直接送往公司的實時數(shù)據(jù)庫。




注：如果在同地點存在多個控制裝置，可以通過局域網(wǎng)將各裝置數(shù)據(jù)集中到一個操作站上，統(tǒng)一向公司的實時數(shù)據(jù)庫傳送。

數(shù)據(jù)采集層的軟件構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集層包含下列軟件模塊：數(shù)據(jù)采集通訊軟件（完成數(shù)據(jù)的讀取和校驗）、通訊狀態(tài)報警軟件（監(jiān)視通訊狀態(tài)，當通訊出現(xiàn)中斷或遇其它通訊阻礙時，及時報警并對故障做初步診斷）、實時數(shù)據(jù)庫二次壓縮軟件（對大量的計算結(jié)果、現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)進行二次壓縮，節(jié)省存儲空間，使歷史數(shù)據(jù)可保存10年以上）、時鐘同步軟件（執(zhí)行數(shù)據(jù)提供者與實時數(shù)據(jù)庫服務器間嚴格的時鐘同步）。

數(shù)據(jù)采集、通信實現(xiàn)方案
在60多套測控制系統(tǒng)中，有30多套安裝投用的是ForceControl軟件，另外30多套為其他多個廠商的多種控制軟件。對于這些控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了從原控制系統(tǒng)到ForceControl的數(shù)據(jù)采集功能；另外，由于通訊資源子網(wǎng)采用無線以太網(wǎng)方式，我們開發(fā)了基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡通訊服務軟件；在中央服務器端，為解決通過瀏覽器方式進行大數(shù)據(jù)量實時信息檢索，開發(fā)了基于IIS的數(shù)據(jù)庫引擎等。
管理系統(tǒng)構(gòu)成
1、裝置信息系統(tǒng) 反映各生產(chǎn)加工處理裝置的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括裝置運行狀況、天然氣外輸情況、天然氣管網(wǎng)壓力、天然氣量、輕烴外銷及庫存情況等，同時可以提供裝置的班、日、周、旬、月、季、半年、年度的綜合統(tǒng)計數(shù)據(jù)。




2、外網(wǎng)信息系統(tǒng) 反映各站隊與供氣方（采油廠），供水方（水庫），和商品氣外輸情況的各種信息。
3、綜合管理信息系統(tǒng) 根據(jù)分類不同（按大隊，按裝置類別等）反映損耗信息（ 加工損耗，輸送損耗，存儲損耗），產(chǎn)量信息( 產(chǎn)氣量， 產(chǎn)烴量 )，生產(chǎn)能耗成本信息（ 耗水 ，耗電 ，耗氣）等。




4、計量信息 計量管理以公司的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫為基礎，生成裝置（小隊）、大隊、公司三級計量管理數(shù)據(jù)，計量內(nèi)容包括向輕烴總庫輸送輕烴總量，向乙烯油田氣計量間輸送的天然氣總量計量，采油廠來氣計量，水庫來水計量等等。供計量管理部門及有關人員訪問，生成各類計量報表、計算產(chǎn)品的計量缺損、評價計量系運轉(zhuǎn)效果。



系統(tǒng)安全性
該系統(tǒng)是一個龐大的生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)，我們在保證它的強大的功能的同時，也考慮了該系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)的安全保護設計如下：
(1) 系統(tǒng)抗病毒能力設計
采用網(wǎng)絡版防病毒軟件來保護網(wǎng)絡操作系統(tǒng)安全運行，建立嚴格的網(wǎng)絡安全機制（包括防火墻技術(shù)、虛擬網(wǎng)絡技術(shù)）對系統(tǒng)病毒的傳播有抑制作用。
(2) 系統(tǒng)網(wǎng)絡安全設計
為維護網(wǎng)絡系統(tǒng)安全、采用VACN（虛擬網(wǎng)絡）和防火墻技術(shù)。
在桌面級，采用VACN技術(shù)、虛擬網(wǎng)把網(wǎng)上用戶分成多個子網(wǎng)，每個網(wǎng)的用戶只能在允許的范圍內(nèi)訪問。
在服務器級，設定不同的權(quán)限和口令，分配給不同的用戶。不同級別的用戶只能訪問與其級別相適應的網(wǎng)絡資源和數(shù)據(jù)。
公司網(wǎng)絡內(nèi)部，用戶訪問互聯(lián)或外部用戶通過互聯(lián)網(wǎng)訪問本系統(tǒng)時采用防火墻軟件來有效地防止"黑客"訪問，防止信息流失和整個信息系統(tǒng)遭到破壞。另外代理服務器PROXY SERVER也提供了可擴展的防火墻安全特性，使網(wǎng)絡系統(tǒng)被他人入侵時能及時采取措施，并可跟蹤到他人從外部入侵的企圖。

3 關鍵技術(shù)介紹
根據(jù)實際情況，需要完成的具體軟件開發(fā)工作包括：
專用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換接口軟件
根據(jù)原控制系統(tǒng)的實際情況，使用如下專用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換接口軟件：
* PARAGON-TNT專用接口軟件；
* PARAGON-500專用接口軟件；
* DM2000專用接口軟件；
* FIX 32專用接口軟件；
* FOXBORO IA專用通訊程序；
* 其他。

客戶端網(wǎng)絡服務軟件
客戶端網(wǎng)絡服務軟件將運行在各上位機工作站內(nèi)。它在完成從專用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換接口軟件或?qū)崟r數(shù)據(jù)庫內(nèi)獲取實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的同時，還負責完成與中央服務器端網(wǎng)絡服務軟件的通訊。
該軟件完成的功能及達到的性能要求如下：
* 底層通訊協(xié)議采用TCP/IP，以充分利用無線以太網(wǎng)的子網(wǎng)資源。
* 應用層采用內(nèi)部專有通訊協(xié)議，以減少通訊資源的使用，提高通訊速度。
* 具備數(shù)據(jù)壓縮功能
要傳送的報文數(shù)據(jù)首先要經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮處理，以降低網(wǎng)絡負荷，提高對通訊帶寬的利用率。數(shù)據(jù)壓縮采用優(yōu)化壓縮算法，以獲取較高的壓縮比和較快的壓縮速度。
* 具備數(shù)據(jù)檢驗處理功能
為保證實時數(shù)據(jù)傳送的可靠性，對傳送的報文數(shù)據(jù)要進行數(shù)據(jù)檢驗處理。在發(fā)送端對報文數(shù)據(jù)加入校驗碼，在接收端對數(shù)據(jù)及校驗碼進行檢驗，對誤碼進行糾錯處理。數(shù)據(jù)檢驗處理可有效地解決線路易干擾嚴重，誤碼率較高的問題。
* 通訊狀態(tài)檢測與監(jiān)視
為提高通訊可靠性，遠程通訊服務程序要具備通訊狀態(tài)檢測與監(jiān)視功能，實時性地診斷通訊狀態(tài)和鏈路鏈接情況。
* 鏈路自動恢復處理
當為通訊鏈路出現(xiàn)中斷現(xiàn)象時，遠程通訊服務程序要具備鏈路自動恢復功能，并保證在發(fā)生鏈路中斷時發(fā)送的報文不被丟失。
* 代碼緊湊，運行效率高，以減少對上位機工作站的資源占用。
* 具備較高可靠性，以便在加載后不致影響原系統(tǒng)的控制功能。

服務器端網(wǎng)絡服務軟件
服務器端網(wǎng)絡服務軟件將運行在中央服務器上。它與客戶端網(wǎng)絡服務軟件構(gòu)成C/S計算模式，是網(wǎng)絡通訊的樞紐。
該軟件重點完成的功能及達到的性能要求包括：
* 底層通訊協(xié)議采用TCP/IP。
* 帳號自動管理
系統(tǒng)在啟動時，可按照預置帳號自動登錄，完成用戶注冊和密碼校驗。
* 信道自動檢測
自動檢測通信信道狀態(tài)，并可形成報告。
* 網(wǎng)絡管理
網(wǎng)管功能可實現(xiàn)多結(jié)點通訊時對網(wǎng)絡資源的合理分配，客戶的注冊與注銷管理，客戶狀態(tài)監(jiān)測，網(wǎng)絡通信量的統(tǒng)計、異常事件的處理和記錄等功能。

ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎軟件
通過瀏覽器方式實現(xiàn)復雜信息檢索，單純的HTML是無法實現(xiàn)諸如：記錄文件信息、查詢信息提交、統(tǒng)計、搜索程序、WEB數(shù)據(jù)庫等功能；采用傳統(tǒng)關系型DBMS將涉及幾乎無法克服的實時性問題：以全廠數(shù)據(jù)量為10000點（實際要遠遠高于此數(shù)量）來計算，如果1分鐘采樣四次（這已經(jīng)犧牲了很多實時性），并形成一個數(shù)據(jù)庫記錄，則在一年時間內(nèi)將產(chǎn)生的記錄數(shù)約為一百億個記錄。對如此多記錄的數(shù)據(jù)庫進行查詢、統(tǒng)計、檢索時，實時性將會極低。
結(jié)合ForceControl的實時數(shù)據(jù)庫開發(fā)ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎則能很好的解決此問題。ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎采用ISAPI編程接口，通過IIS實現(xiàn)WEB訪問。ISAPI彌補了CGI的不足，在比較繁忙的服務器上，ISAPI代碼效率仍能保持極高的水平。
ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎將在保證高實時性的前提下，完成記錄文件信息、查詢信息提交、統(tǒng)計、搜索程序、WEB數(shù)據(jù)庫等全部功能，同時它將保持高度并發(fā)處理能力，使同時WEB訪問用戶數(shù)沒有限制。

4 投用效果
該系統(tǒng)投用以來具有運行穩(wěn)定、性能可靠、維護方便的特點。真正實現(xiàn)了統(tǒng)一管理，大大提高了整個企業(yè)的管理效率和管理的科學性。


參考文獻
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