油田的自动化监控系统探析

屈 静 马瑞竹 杜春龙

（1、中国石油西部管道塔里木输油气分公司，新疆 库尔勒 841000 2大庆输油气分公司，黑龙江 大庆 163458）

油田的一个采油厂由多口油井、计量站、管汇阀组，转油站，联合站、原油外输系统、油罐以及油田的其它分散设施组成，那么整个采油厂的各种设施的工作状态及采出油品的数据（主要有温度、压力、流量等）就直接关系到油田生产的稳定及原油质量。目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，这种方式必然使工人劳动强度加重，并且影响了设备监控与采油数据的实时性，甚至准确性。也同时存在笔误，作假等隐患。这样会导致上层无法正确了解到现场的真实情况，并且不能根据生产所消耗的实际劳动力等数据，制定较有效、灵活的处理方案。所以油厂的自动化、信息化就显得极为突出。

为了实现油田数据信息化、网络化，实现数据全局共享，厂长、总工等管理人员利用现有的网络系统查看其监控点的数据，打破各个监控现场相互之间长期形成的"信息孤岛"局面，本系统采用目前国际上最先进的远程监控系统，利用现有的局域网络基础，通过网际组态软件WebAccess的远程数据传输功能，实现数据的网间共享以及实时监控。本方案详细的从网络架构、采集原理、记录方式、数据通讯规约、网络安全等多方面，并对油田广泛分布各地的监控站点的数据信息提出完整的监控解决方案。

1 监控软件WebAccess

WebAccess是美国著名专业从事自动化HMI/SCADA系统组态软件研发与应用的BroadWin科技有限公司开发的一种基于WEB技术监控系统。

WebAccess是以网络浏览器Internet Explore为基础，并将TCP/IP协议内置于软件核心中，互联网的开放性便成为WebAccess系统的有机构成部分。整个系统与互联网无缝连接。客户端无需负担额外费用便可通过标准网络浏览器对系统进行访问，进行在线动态编辑，随时随地掌握系统动态。与传统系统不同，基于其内置的互联网连接性，WebAccess支持的客户端不受数量限制，是最佳成本的互联网控制方案，同时WebAccess的多叠式网络安全架构也保护终端用户的数据和整个系统。

2 系统组成原理

根据油田各个监控子系统的特点，结合网际组态软件WebAccess的网络架构，在各个联合监控站点和电泵站监控中心的数据采集系统服务器中安装WebAccess监控节点部分软件（Scada Node）。对于已有数据采集系统软件的站点，WebAccess通过提供的标准数据接口如DDE、OPC、ODBC等从现有的数据采集系统中提取动态实时数据（同时也要求现有的数据采集系统至少提供一种便于数据共享的标准数据接口），对于尚未建立数据采集系统的站点，则需要全新建立数据采集系统，数据采集系统中包括软件和硬件两个部分，硬件部分客户可以自由选择目前国际上主流的服务器、交换机、PLC、智能模块、传感器等。WebAccess本身自带的上百种国际主流控制器设备驱动直接和底层硬件进行通讯，从而实现数据的采集、画面的组态、信息的发布。除进行数据采集远传之外，WebAccess还可以根据监控点的设备分布情况和工艺流程，绘制监控界面和报警、报表、曲线图等。监控人员可以和现场人员一样掌握现场的数据，有身临其境的感觉。同时各监控站点可以利用本地打印机进行报警信息、报表数据的打印输出。

局域网内甚至是互联网内的管理人员的PC机必须安装WebAccess客户端Client插件，WebAccess服务器通过授权用户名、密码的方式审核远程访问者的身份，极大地保护生产数据的安全性。

3 数据采集传输原理

由于油田分布的一般特点，即分布范围较大、现场环境条件较差等，为了能够在较差的环境下正常采集现场数据并且能够及时地发回数据，在底层的数据采集和控制设备，选用研华公司的系列产品，其中包括了它的ADAM系列控制器和I/O模块。这些控制器和I/O模块支持多种形式的接口连接方式，与底层的现场设备进行连接。在数据采集和处理方面，采用了嵌入式数字控制器FAS-2046，由FAS-2046来实现收集整理下层设备采集的数据，并由它向上传输到监控节点。由于他们采用了独特的架构设计，以及高性能的技术指标，可以让这些控制器和模块在恶劣的环境下正常工作，同时在面板设计方面也具有安装简单、灵活等特点。

FAS-2046控制器，采用目前经现场实际考验并广泛使用的实时OS技术，提供一套Windows CE.net解决方案，支持多种标准的网络接口，两个以太网、一个RS-232和两个RS-232/485串行等通讯接口用于通讯。具有开放、可扩展以及无风扇无磁盘的设计优势。强大的图形化编程工具（FAS-pro）支持对FAS-2046的控制逻辑开发，使他的控制效果更加出色。

而ADAM4000系列是通用传感器到计算机的便卸式接口模块，内置微处理器使其可以独立提供智能信号调理，模拟量I/O，数字量I/O数据显示和RS-485通讯等功能。而ADAM5000分为数据采集控制系统和PC可编程独立控制器。

WebAccess能通过串口，以太网等通讯方式与下层的数据采集控制器FAS-2046进行数据的传送，即可以从控制器上抓取现场的各项数据，同时也可以向下发指令通过控制器来控制底层设备的运行操作变化。

当数据采集上来后,WebAccess的工程节点可以作为Web服务器向外发布，支持区域局域网的访问浏览，同样支持来自以太网或者Internet的远程访问。不论用户从哪里访问节点，只要有相应的权限就可以读取数据或者下达指令，操作底层设备。

4 软件实现功能

4.1 实时监控

WebAccess监控主机（Scada Node）将实时采集从现场层送上来的现场重要数据（如：电压、电流、含水率、含油率、压力、温度等），并将数据以图文并茂的形式显示于监控页面中，监控人员可以根据屏幕显示对现场的情况进行实时监视，掌握现在设备的运行情况，当现场发生任何变化（如有报警信息产生）WebAccess监控主机（Scada Node）将随之变化并发出警报信息。

在监控层的操作人员将第一时间内得到现场的警报信息，警报信息的表现方式除可以在屏幕上会有动画/闪烁/列表等提示外，还可以以声音/网络E-MAIL/短信等方式通知不在现场的管理人员。

4.2 多样式的报警信息

当系统有报警产生时，操作员可以根据上图中在线报警栏中的信息提示得知警报，同时，"在线警报"按钮也会呈现红色闪烁状态，点击进入"报警摘要"画面中。在主画面中，不同的报警信息也会有不同的报警显示形式，WebAccess提供多媒体语音报警、动画闪烁报警，弹出窗口报警、发送E-MAIL报警等，可以实现全方位的报警信息通报。在线报警栏中的报警信息，在每一个监控页面都是相同的，无论现场还是远程监控站，而且所有站点的的报警信息是全局联动的，可以让操作人员最短时间内发现报警信息，解决故障。

4.3 数据记录显示

WebAccess提供实时曲线、历史曲线对数据进行显示记录，以方便用户根据曲线走势进行系统分析；还提供报表查询、打印功能，有值班报、日报、月报，同时也可以根据需要，输入起始时间、终止时间和采集频率的不同而来查询相应时间段的数据报表。还可以通过高级选项设定查询数据的显示类型，如最大值、最小值、平均值等。用户可以直接将报表输出打印或发送E-MAIL到指定邮箱。发送报表格式为HTML格式，可以轻松将报表导出到EXCEL等工具软件进行处理加工。

数据的整理和保存也是在工程节点上完成的，数据服务器既可以是WebAccess自带的Access数据库，也可以采用SQL SERVRE，ORACAL等关系型数据库，WebAccess可以通过ODBC的指向来完成数据库的设定，在数据的采集整理过程中写入指定的数据库中，方便用户在需要时候的调取数据作保表，进行分析处理。

[1]李凉.大庆油田天然气监控管理系统[J].工业控制计算机，2002-05-20.