摘要： 高效、安全地开采资源是油气生产行业一直努力的方向。随着不断发展进步的信息化技术的推广使用，传统石油工业的管理模式逐渐实现了革命化的升级换代。在油气生产中引进SCADA系统，是油田数字化应用的成功典型。该系统采用力控监控组态软件结合国产大型SCADA系统，综合运用数字模拟及视频监控等各种数字化手段，对原油天然气采集储输全过程实行自动化监控，显著提高了油气生产过程控制的有效性，提高了油气生产过程中识别和应对风险的能力，优化了劳动组织架构和生产组织模式，极大提高了油气生产的效率，降低了人力成本和安全风险，有力保障了油气田生产的安全平稳受控运行。
关键词： scada； pSpace； 自动监控； 力控组态软件
中图分类号： TE9 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）04-0052-03
1 引言
在流程行业中，很多工艺装置对系统的安全性和容错性要求很高，比如在石油行业中的重要装置的控制站往往需要多个人机监控站来保证系统的不间断安全的运行。对于油气来说，连续的液位、压力和温度等监控点的检测十分重要。操作员需要保证从中央控制室综合检测系统的运行状态，保护整个系统处在较高的安全水平上。然而由于调压站间地域分布较广，按传统的人工抄表方式每次统计计量单位的用气量需要耗费大量人力及物力等资源，人工操作不仅工作效率低，而且企业领导及相关部门无法及时、动态地了解石油及天然气的开采集输情况，则阻碍了企业管理水平的进一步提高。为了进一步油气集输管理水平，提高资源利用率、降低生产成本和安全风险，长庆油田大规模推广使用了SCADA数字自动监控系统。
一般油田自动化信息系统建设主要包括油井远程监控、配电线路自动化系统、输油管线泄漏监测、集输站库自动化监控的四部分，其目的是利用现场监控系统，实现数据源头自动采集，借助油田现有网络资源自动加载到厂级实时数据库，为各级管理部门应用提供开放的数据平台，使生产和管理人员及时控制和掌握生产动态，从而实现整个生产过程的自动化。由于油田地域广阔，要想实现稳定有效的集中控制有很大困难，而且各站之间距离遥远采用常规的控制是不可能实现的，但是通过采用力控系统软件的内置控制有效的实现了远程自动监控。该系统运行稳定，监控程序功能完善，提供了多种通用接口，与其他系统结合能力强，是一套理想的生产装置实时控制系统。随着油气田规模不断扩大，数字化自动数据采集和监控将成为一种必然的趋势。
2 力控组态软件的简介
2.1大型SCADA系统的优势
SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
SCADA 系统与其他自动监控系统相比，主要优势在与对地理位置比较分散、面积相对较广的地域生产装置进行监控，一般都是无人值守的工作环境。长庆油田地域辽阔，油气田丰富，油井众多，矿产资源面积达25.78万平方公里，跨越5省区，地域范围7个盆地，占中油股份公司总登记面积的14%。长庆油田主要负担长庆油田的原油外输、天然气生产集输及轻烃气生产等任务，因此具有点多、线长、面广、易燃易爆、高温高压的特点。
该系统对油田的原油库和压气站等生产装置进行网络信息处理。该信息系统集成了多种设备，是一个典型的分布式采集，集中管理的大型网络信息化系统。
长庆油田主要采用了SCADA数字自动监控系统来监控油气的集输情况。
2.1.1 SCADA系统的特点
（1）数据采集：能够采集各种可以通过通道传递到主站的遥测、遥信、电度及其他类型的量测数据，采油厂用户终端可以在任何时刻请求召唤一口或多口井的数据。
（2）数据的处理量大，可以达到20万点以上，数据吞吐量可以达到14万点每秒，并且支持数据冗余备份，大大提高了数据库运行的安全性和数据处理的效率。
（3）可以支持各种网络通讯方式，除了传统的拨号、电台、以太网等，其他的网络方式也可以很好的切换，可以适应多条通讯链路并行通信，有效的解决了由于地理位置分散而导致的通讯网络不稳定的弊端。
（4）报警系统：系统可为每种报警定义报警级别，对每个报警级别提供不同的报警效果，如颜色、音响、闪烁等。当原油进站压力过低，出站压力过高时、油罐液位高低超限时、输油泵机组运行故障时、输油管道泄漏和安全阀、泄压阀有异常时，都会进行系统报警。
（5）单独的进程管理器管理力控的所有后台进程，具备自诊断和自恢复功能。
2.1.2 SCADA系统在石油系统中的应用
由于油田井地理位置分散，采集、控制功能要求稳定，安全性要求较高。油田SCADA自动化控制系统，主要监测多个分散油井站点。该系统采用两级控制，一级为SCADA系统中心控制室,二级为油井井口站点RTU。中心控制室负责监视、管理和控制等工作。井口站点RTU负责多个油井站点的数据采集，以及对油井采集及运输的自动控制。SCADA控制中心和油井站点之间采用无线传输方式。遥控遥测测量各井口站点的状态，远程控制各站点的输油管道的开关；测量、控制可人为干预进行，也可根据设定进行。数据处理可存储系统各站点的工作状态信息，并对信息进行统计处理产生各种报表输出。网络连接系统应用MODBUS RTU/ASCII协议，可以方便的联入其他计算机系统。报警指示监测数据量有上、下限报警指示功能。系统参数输入及组态输入系统参数，如巡检周期、控制参数、报警限、计算公式、系统时间等，并对这些参数进行组态，以形成完整的系统操作、控制、 统计、显示、打印参数数据库。整个系统以数据库为基础运行。
2.2 SCADA中的时数据库pSpace
实时数据库可用于工厂过程的自动采集、存储和监视。作为大型实时数据库，可在线存储每个工艺过程点的多年数据。它提供了清晰、精确的操作情况画面，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况。 pSpace 实时数据库服务器主要有一下几部分组成：
2.2.1 pSpace Server：
负责整个pSpaceTM 应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、数据服务请求、事件触发器管理、调度管理、资源管理、系统配置等。
2.2.2 pSpace Data Service：
主要是为第三方厂家的软件访问pSpaceTM 时提供数据服务功能，包括：OPC Server、ODBC Router、Base API 接口等。
2.2.3 pSpace DA Server 数据采集器
pSpaceTM DA Server 是数据采集站的设备通讯管理服务程序，用于系统和DCS、PLC 等数据源之间的数据交换，具有自动网络通信负荷平衡功能和短线数据缓冲功能。
2.2.4 pSpace 的Web服务器：
使用组态软件创建web服务器和web网页然后发布。
pSpace 的Web 服务器实现了服务器端与客户端画面的高度同步，在浏览器上可以同时浏览多个过程画面。看到的图形界面与通用组态软件生产的过程画面效果完全相同，数据采用变化传输的方式，具有更快的运行与数据更新数度。
通过客户端的画面，可以查看各系统中的流程总貌。
2.2.5 pSpace客户端
客户端的应用程序可帮助用户容易地实现对工厂的管理，诸如工艺改进、质量控制、设备状态监测、故障预防维护等。通过实时数据库可集成产品计划、维护管理、专家系统、化验室信息系统、模拟与优化等应用程序，在业务管理和实时生产之间起到桥梁作用。实时数据库使整个事件处理的核心，主要负责将通讯软件得到的原始数据按现场采集点的类型进行转换、判断是否需要产生报警及数据存储管理；处理用户的下发命令、将命令转换为IO通讯软件控制指令，并协调多个用户同时下发命令时的关系。
2.2.6具有丰富的画面显示功能
计算机操作端显示的画面有：管网监控图、高压配电图、设备操作画面、趋势图、工艺流程图、报警画面等。通过这些画面，可以更加详细明了的进行管理和操作。而且不同级别的人员通过浏览到与他们有关的重要性能指标、以及实时工艺信息等，从而使他们能 够更好地理解他们的操作并在合适的条件下对操作加以改进。
3 SCADA系统的构建
长庆油田主要应用了SCADA系统的自动监控系统和数据采集.根据油井分布的地域特点与无线通讯技术发展水平，油井远程监控系统用CDMA/GPRS 或者数传电台通信模式，系统主要有传感器、井口控制器SU、CDMA/GPRS （数传电台）通信模块DTU、采油厂通讯机/实时数据库服务器、WEB 服务器、监控浏览终端等组成。
油井工作状态传感器主要有温度传感器、压力传感器、电机电流、电压传感器、抽油机载荷、位移传感器、变压器一次侧电流传感器，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至井口控制器SU。然后经CDMA/GPRS 网或数传电台，接入采油厂通讯机，数据通讯机采用轮询方式收集井口控制器数据解决，数据经过分析处理后，进采油厂实时数据库。厂矿小队的计算机可根据不同的权限，采用C/S 或B/S模式对实时数据库进行访问。
整个油田自动化系统在局域网上根据地域特点在每个采油厂设一个实时数据传控中心，用于集中管理和存放各个采油厂所辖区域内生产井、配电线路、联合站、输油管线的现场实时数据，做到实时数据库开放的原则。系统结构如下：
通过对报警和软件报警发生时的有关信息的了解，如故障标签名称、报警信息、故障报警时间等，并可以对报警信息进行管理。系统还提供了对重要设备的保护功能，当输油管道出现泄漏或者管道内的压力过大或过小时，系统都会自动报警，及早发现，保证了安全运行。
以下就是原油管道运输的部分流程图，在此图上可以观看到整个管网上分布的各个站点的主要测点，如：压力、流量等。当出现报警时，报警站点的标志会以闪烁的方式提示操作人员该站点状态异常，并且可以根据不同的报警设置不同的颜色以便区别开。
在远程监控和控制层，利用数据采集系统得到的生产数据直接参与核算，消除了繁琐的人工计算过程和工作强度，提高了管理水平。通过班组核算制，把实际生产中的有关参数从数据库中提取出来，然后按企业确定的核算公式进行计算，并利用数据库把相关数据都保存起来，并且可以通过WEB服务器上传，实现远程监控与管理的功能。
3 结论
此系统保证了整个油气系统的安全高效的运行，通过实时的监测，工作人员可以及时的查看油气集输的动态，通过系统报警，及时的发现油气泄漏情况，防患于未然，保证了安全，降低了运行成本，达到了加强油田生产管理的目的，初步实现了建设数字化油田的要求。
参考文献：
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[2] 王振明,等编著.SCADA（监控与数据采集）软件系统的设计与开发.
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