作业区SCADA系统模块化开发的研究与应用

发布时间：2017-05-22 作者：果生亚刁海胜张晓莉孙明，李峰王宏王军锋雍硕来源：万方数据库

关键字：SCADA 系统模块化开发

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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。

2.2.2SCADA系统软件模块化开发长庆油出采油厂作业区SCADA系统软件的应用始于2013年油房庄作业区，同年2013年在红井子作业区推广应用，系统采用北京亚控公司的油田SCADA解决方案平台，为了实现软件的快速开发部署，在2013年油房庄和红井子工程方案的基础上，开发了用于油田SCADA系统的专用的模块，主要包括井站管理模块、数据库报表模块和远程部署模块。

SCADA系统软件模型模板管理插件实现，通过SCADA系统软件模型模板管理插件实现，不用单独开发独立运行的程序，只需要在工程设计器中增加“模型模板管理”节点，用于基于指定的工程/应用(模板)，实现对于某个作业区SCADA的整体规划设计，其结果是直接修改工程中的指定应用，实现需要的各种组态的自动化完成(含关系表的自动维护)；完善工程设计器的远程部署功能，可以方便地手动部署/更新指定应用到指定的计算机上。

(1)井站模型，定义l管理井站模型：可以针对不同的作业区、应用场景，分别预先开发多种井站模型，工程实施时选择适用的即可。如果没有适用的，可以在已有的井站模型基础上修改得到。井站模型需要支持：添加l定义IO变量，配置好IO变量关联的设备寄存器、数据类型、数据转换、存储方式等；添加/定义内存变量：配置好内存变量的各种变量域，含事件、报警、存储等；配置好相关MySQL表；添加/管理井站：基于井站模型，用户根据工程需要，快速添加(单个或批量)油水井，与被添加的油水井对应的各种变量自动添加、配置信息自动配置好；批量操作/导刀导出支持：井站模型、井站，都支持批量操作、导人、导出等，方便使用excel批量配置后批量导人的工程中，完成自动的井站添加/}改、井站相关变量砚置信息的修改一实现真正的自动化流水操作、一键完成。

(2)预先开发数据模型，目前，在服务端工程中使用数据模型来定义站的产液量计算对象、注水量计算对象，后续一个是要完善这些数据模型，使得该做的计算都由数据模型对象完成，减少、取消报表中的计算；其次是预先开发好其他的数据模型，把需要计算的数据都在数据模型对象中计算好。这些数据模型不能依赖于具体的作业区、工程，以后在新作业区拿来就能用，已经实施KingSCADA的老作业区也能拿来就能用。

(3)预先开发报表，根据各个作业区使用的报表，重新梳理，将相同、相似，个性报表划分。根据需要把这些报表做成通用的、拿来就能用的报表，至少也要是简单修改就能用的报表。可以再多准备一些报表，以后做工程时从中挑选使用即可。

(4)预先开发图形模型，将作业区使用的一些图形模型进行共享，后续根据需要梳理这些图形模型，分类整理，增加、完善，实现了做工程时拿来就可以用。

(5)预先开发通用画面，根据已实施的作业区的画面，梳理出通用的、做新工程时不需要改动的画面，做工程时拿来就可以使用。

(6)预先开发工程模板/样板工程，根据实施的作业区，经过分析、整理，生成工程模板、样板工程，包括服务器应用和客户端应用，定义好里面的内存变量、通用画面、脚本等，做工程时直接使用即可。

3 基于模块化开发的SCADA系统建设应用效果

按照“集成化、数字化、可视化和个性化”的技术路线，集成、整合长庆油田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，以油房庄作业区为试点建立统一的生产管理、综合研究的SCADA智能生产管理系统，实现“同一平台、信息共享、多级监视、分散控制”，达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标。通过模块化开发的SCADA系统的推广和应用，主要在硬件升级、系统软件开发、作业区日常维护和对作业区日常生产运行等四个方面带来了较好的应用效果。

3.1硬件程序模块化升级效果

通过各类数据采集协议的标准化升级，SCADA系统将各工艺过程中各种工序环节的参数和自动化控制系统所产生的信息作为信息源进行采集，将采集到的信息通过工业网络的方式传输到信息化平台上，再对生产现场的各种信息进行集成化整合和加工处理，形成统一的数据信息中心，提供开放式的数据接口，上层管理者使用，以保证满足各个管理层对信息的不同需求。

通过提供统一的寄存器接口地址、数据类型，通过参数号来将现场采集点进行规范，并提高可扩展性；通过配置的方法，使各个采集量与监控位号关联，最大限度的降低程序升级的工作量和后期维护的难度；硬件配置、串口配置采用配置的方法实现，使得增减模块或者增加485采集设备变得傻瓜化；程序模块化：针对模块类型，485采集设备类型等组织程序块，每个功能块功能清晰，后期可以根据新增需求继续扩展；在提供标准程序的同时，提供配套调试界面，根据界面完成整个站点程序的调试工作。

硬件升级标准化程度以及升级速度在模块化程序下显得尤为明显，通过模块化程序升级，目前已在盘古梁、郝沱梁作业区所辖的70余座站点、1048口油井、422口注水井设备进行了推广，在使用模块化程序升级的基础上，仅用了10天时间便完成了现场所有硬件数据链的标准化升级工作，较模块化升级前提前近30天，应用效果明显。

图2 油田SCADA解决方案

3.2软件模块化开发效果

SCADA系统的软件开发通过对井站数据采集点建设、功能模块开发、报表功能配置等的模块化建设，大大提升了系统软件的开发速度，在盘古梁、郝沱梁数字化建设中主体功能开发周期为一个月，较前期开发的油房庄作业区提前了60天，为软件后期试运行、作业区探索管理方法提供了充裕的时间。

3.3强化系统自主维护能力

硬件、软件的模块化开发为作业区带来的最突出的效果首先为作业区人员能够自主对系统进行日常的基本维护，作业区一般技术人员已经具备了日常问题查找、油水井数据添加删除，厂级数字化维护人员也已具备了问题分析、基本功能模块维护的能力，这也为软件的进一步推广和深度应用提供了一定的基础。

3.4作业区应用效果明显

作业区SCADA目前已在四个作业区104座站点及其所辖的1948口油井、712口注水井进行升级并推广应用，在实现各站数据集中采集、处理的同时，部署客户端软件150余个，同时支持WEB访问，一方面为现场员工日常生产参数监控、录取、报表填写上传提供了手段，另一方面也为作业区经理、技术管理人员提供了本作业区专属的生产调度管理平台。

在作业区建立SCADA远程监控平台，通过平台将现场实时监控、生产过程自动化及计算机分析决策联为一体，利用数字控制、计算机网络和数据共享技术，以油田开发生产现场数字化管理为中心，实现油田开发生产数据自动采集、过程自动控制、故障自动预警。达到降低开发成本、优化地面建设、合理分配用工、优化劳动组织结构、提高员工素质、降低生产成本等综合效应。具体应用效果主要体现在以下几个方面：

(1)针对井场运行，主要实现在井场无人值守的情况下能及时掌握油井的动态变化情况，提高油田生产泵效(单井实时优化)，应用功图实时分析、功图计量；通过建立实时数据采集系统和数据存储系统，实现数据实时、准确、稳定、安全、可靠地采集和存储，并以一定格式提供给其他数据应用系统。

(2)针对站点运行，主要实现提高场站系统运行效率(场站自动化、可视化与智能化)、提高总体劳动效率，降低劳动强度，落实以人为本的理念，同时通过优化劳动组织模式，实现增压站、接转站无人值守，降低生产运行成本；实现油田的安全、高效、可持续发展。达到生产对象可视化，生产管理数字化，生产过程安全化，生产决策智能化。

(3)针对系统优化集成，数据集中存储管理，在作业区设置实时数据库和功图关系数据库，通过标准化RTU驱动程序将现场采集功图数据直接上传至作业区存人实时数据库中，功图组件作为标准化模块应用集成在SCADA平台中，从实时库中读取功图数据，同时在SCADA平台上展示，同时为了油井的工况诊断分析及计量，通过标准化接口程序将功图采集数据存人关系数据库中，进行计算分析，得出油井工况及功图计量数据。

数据从井场、站点采集直接提取后上传至作业区数据库(实时数据库、关系数据库)，通过作业区数据库进行集成化整合和加工处理，形成统一的数据中心，同时提供开放式的数据接口，供厂级管理者使用，以保证满足各个管理层对信息的不同需求，实现对数据的完全共享。

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