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作业区SCADA系统模块化开发的研究与应用
长庆油田作业区SCADA系统是为克服数字化站控系统运行中的瓶颈问题，提升数字化在作业区层面的运行效果而建立的统一的生产管理数据采集与监视控制系统，它实现了现场数据链的标准化程序、站控系统驱动的标准化升级和用户权限的统一集中管理，有效的提升了站控系统运行的速度、稳定性、可靠性和安全性。
长庆油田自1997年引进SCADA系统，已在靖边气田、榆林气田、三个输油处的长输管线得到广泛应用和普遍认可。苏里格气田自2005年规模开发以来，首先在集气站采用站控系统进行就地控制、远程监视。2009年又进一步探索采用SCADA系统完成从井口到集气站的无人值守，实现了苏里格气田增产不增人。
2013年，长庆油田开展了国产SCADA软件在采油厂生产管理中的的项目试验，利用一年的时间完成了两个作业区的试点建设，并最终形成长庆油田采油作业区SCADA系统建设标准，基于物联网技术的SCADA智能生产管理系统的建设，实现了现场数据链的标准化程序、站控系统驱动的标准化升级和用户权限的统一集中管理，有效的提升了站控系统运行的速度、稳定性、可靠性和安全性。其次它的应用使各级生产管理部门在统一的油气生产管控一体化平台上，对其所管辖的生产运行情况实现生产的统一监视与调度，并通过对历史记录数据的分析优化生产作业。使系统的调度层、管理层、决策层(辅助决策层)进行无缝连接，系统将原来单独运行的各站有机的联合起来，有效的实现了作业区调控中心对产量、注水、各站运行状况监控的职能，同时各站点能够实时监控上下游站点以及所辖油水井的生产运行情况，为提升作业区生产运行管理效率提供了有效的手段。
最后SCADA系统实现了报表自动生成结合员工补录功能，成功的弥补了目前在用的站控系统无法实现报表补录的功能，确保实现每个班的报表数据真实可用，同时各站报表能够自动汇总结果到作业区调控中心，真正成为以调控中心为核心运行的管理模式。
1 SCADA系统模块化开发的必要性
长庆油田作业区SCADA系统是为克服数字化站控系统运行中的瓶颈问题，提升数字化在作业区层面的运行效果，按照“集成化、数字化、可视化和个性化”的技术路线，集成、整合数字化现有的综合资源，创新技术和管理理念，充分利用最新的计算机网络技术、数据整合技术、数据共享与交换技术，而建立的统一的生产管理数据采集与监视控制系统它的的建设，实现了现场数据链的标准化程序、站控系统驱动的标准化升级和用户权限的统一集中管理，有效的提升了站控系统运行的速度、稳定性、可靠性和安全性。但由于作业区SCADA系统软件开发环节较多，涉及的现场硬件、软件资源庞杂，因此系统在实际的开发、推广和日常维护过程中，存在以下问题：
(1)PLC的标准化过程中程序代码量较大，对没有经过专业学习的油田数字化维护人员来说标准化的过程以及后期维护难度较大。
(2)SCADA软件在开发过程中涉及大量的现场油水井数据点，一方面作业区油水井数量较多，进而致使数据点的建立以及后期关联工作量巨大。
(3)SCADA软件报表查询等功能涉及的软件代码并没有实现标准化，不同的开发人员完成的系统具有其特殊性，不利于后期维护。
为了解决上述问题，我们在SCADA系统开发的过程中对硬件升级以及软件开发进行了细致的研究分析，对其中间环节采取模块化的开发手段，实现了作业区SCADA系统的前端包括RTU，PLC在内的多种硬件寄存器快速升级以及软件IOServer工程、客户端工程的模块化开发，大大缩短了软件开发的周期以及难度，为后期作业区实现自主维护奠定了一定的基础。
2 模块化开发在油田SCADA建设中的应用
2.1长庆油田SCADA系统体系结构
SCADA系统主要由现场硬件设备、软件以及通讯部分组成：
图1 标准SCADA系统结构
2.2长庆油田SCADA系统模块化实现
长庆油田的SCADA系统建设主要通过对前端生产现场数据采集链路进行数字化标准化升级，实现标准统一的数据采集和传输过程，从油井、注水井的数据采集、到站场的有效控制，覆盖整个作业区的数据采集与监视控制系统已基本建成。基于模块化开发的SCADA系统在保持现系统数据采集、分析、展示、转发等功能的基础上，完成了PLC的模块化升级和SCADA软件的模块化开发，提升了目前SCADA系统的建设、开发以及维护效率。
PLC模块化升级：基于采油三厂目前在用的安控增压点PLC标准程序进行模块化开发是为了适应长庆油田数据链优化而进行编制的一套标准程序，预留扩展接口，可根据实际生产需求扩展数据采集寄存器，真正做到程序的可扩展应用。站点升级维护人员只需通过在增压点PLC的站点进行快速的程序下载、简单的程序修改、达到统一寄存器接口、便于维护的目的。
SCADA软件模块化开发：实现了SCADA系统软件在开发过程中数据采集点的建设、客户端油水井查询、报表开发等功能的模块化，大大缩短了程序开发周期，降低了作业区技术人员的日常维护难度，为系统的快速建设推广和稳定运行提供了坚实的技术基础。
2.2.1SCADA系统硬件模块化升级硬件模块化升级主要针对长庆油田采油三厂目前在用的多数安控系列PLC实现，是为了适应长庆油田数据链优化而进行编制的一套标准程序，目的是通过开发一个简单的窗口化的程序配置工具，实现程序下载、简单的程序修改、达到统一寄存器接口、便于维护的目的。
安控增压点标准化程序采用结构化程序编制的方式，将程序划分为若干个子程序，各个程序独立承担相关的任务，完成相关功能。
SCADA系统硬件模块化程序组成，标准化程序共计划分为3个子程序：RESET子程序：用于完成模块上电参数通信参数以及脉冲流量计等参数的初始化功能，如通信端口的波特率、站号、奇偶校验位、脉冲流量计系数等进行初始化。
MAIN子程序：该段子程序的主要思想是对PLC各种类型的IO模块进行采集和控制，各个功能块的功能如下：
AI模块利用AICJ功能块完成4-20 mA信号模拟量输入模块的信号采集、量程变换、输出到标准寄存器的相关功能。
DI模块利用DICJ功能块完成数字量输人通道的采集.同时根据开关点所接常开或者常闭类型统一调整为闭合为true，断开为false的状态类型并且统一到指定寄存器接口。
DO模块利用DOKZ功能块完成数字量输出模块各个通道的控制关系，可以根据定时时间完成触点的动作要求。
BUMP功能块主要完成外输泵的联锁控制功能，根据长庆油田数字化建设标准要求，外输泵需具备与缓冲罐液位联动的要求。本程序可以设定外输泵与缓冲罐的3种运行关系：液位高起低停；外输泵根据缓冲罐液位进行联系PID调节；外输泵根据缓冲罐液位进行分段式调节。
LLTX.BPQTX.YWTX三个功能块主要完成串口通信采集功能，实现支持modbus RTU规约的流量计、变频器、液位计的通信采集功能，并且根据接口要求统一到指定寄存器。
TIMER-1子程序：是以1秒钟为周期执行的一个程序，主要完成定时任务已经脉冲流量计的定时计算功能。
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