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   摘要：本文介紹了作業區控制系統的組成及體系結構，描述了系統所要完成的基本功能和web發布。該系統顯著提高了油氣田的經濟效益，節省了大量的人力、物力、財力。

   關鍵詞：生產過程自動化；RTU；PLC；DCS；SCADA

   1 概述

   長期以來，油氣田生產自動化與計算機技術的應用是分不開的，從早期的單片機、單板機開始，經歷了工業控制機階段，到目前的DCS系統、SCADA系統。由早期的單機控制，到現在的C/S與B/S結構，計算機在油氣田生產過程自動化中的應用達到了一個新的水平。自動化技術與計算機技術、網絡技術相結合，朝著管控信息一體化的方向發展。
 
   油氣田生產自動化主要是油（氣）水井、計量站、注水站、轉油站、聯合站、天然氣加工裝置生產自動化控制。生產的實時數據進入數據庫服務器中，實現實時監控和管理。

   2 系統組成

   2.1 生產過程自動化與管理信息系統的組成

   系統的硬件組成主要有計量站PLC、油（氣）水井RTU，中心控制室數據服務器和web服務器。中心控制室到計量站通信線路采用光纖、雙絞線連接。遠端油水井采用無線通信連接。系統的軟件組成：RTU、PLC和DCS上位機監控操作系統采用基于Windows操作系統，工控機運行RTU、PLC和DCS相關的工控組態軟件包，數據服務器運行SQL Server數據庫，web服務器運行網頁發布文件。生產過程自動化與管理信息系統主要分為決策層、數據層、監控層和現場層四個層次，而中心站的自動化系統屬于監控層和現場層，通過信息網絡把四個層次有機連接起來。

   四個層次功能描述:

   （1） 決策層——系統可以對數據層上傳的主要生產數據進行統計、分析，管理者可以通過這些數據分析結果及時了解生產情況，做出正確的決策，指揮生產。

   （2） 數據層——該系統主要是對所有中心站的現場實時數據和參數進行收集、存儲及分類，并自動提取數據生成生產所需要的各類報表，并能夠進行實時顯示和查詢，自動對數據按月、季度、年度進行匯總分析，為上級領導的分析和決策提供最直接真實的依據。

   （3） 監控層——該系統主要是對各中心站內的現場數據進行實時采集、調控以及向上級系統進行數據發送，同時對生產數據進行顯示、存儲以及對故障點進行報警處理。

   （4） 現場層——它是直接對生產流程進行數據采集和調控，可以保證生產可靠安全高效地運行，大幅度地降低工人的勞動強度，有效地消除安全隱患。

   站點遠程控制端直接決定著現場自動化控制的水平，因而應具備完善的功能、準確的計量算法、友好的人機界面、強大的通信能力。另外，雖然各站點的工藝流程不盡相同，但油井數、注水井數、采集點數、分離設備，加熱爐和塔器往往有很大的差別，因此一個完善的生產過程自動化與管理信息系統應具有良好的軟、硬件擴展能力和現場適應性，組態和數據庫應用軟件應提供多種參數設置以適應不同的工藝要求。在硬件方面，應選用工業級的控制器和模塊，以及配套的工業級顯示屏、電臺、電源，以適應油田特殊的溫度、濕度、油污、通信干擾等環境。在自然條件惡劣的西部沙漠油田甚至選用軍工品級的硬件產品。系統從現場控制終端到中心控制室、從通訊系統到管理網絡、從硬件到軟件的完整解決方案，在中心控制室即可對各個站點進行配置、實時監控、計量結果上傳、歷史數據統計分析、報表打印等，從而計量站可無人值守，實現油田生產管理的全面自動化。
  
   2.2系統結構圖

                      

    3 系統生產控制功能

    計量站生產擔負著站內各個油井的液、油、氣三相計量任務，需要及時準確地為油田地質部門提供油藏工程資料；注水站生產是根據油氣層的壓力、液位等數據給各水井進行配注；油（水）氣井監控可實時監控井口壓力，保證生產的正常運行。根據各站點的工藝自控系統要完成以下功能：

    （1） 數據采集功能。包括各站點工藝流程溫度、壓力、液位、天然氣濃度、含水率、注水流量等的采集，中心站值班人員可以根據采集來的數據監控油、水井生產、及時發現異常情況并進行處理。

    （2） 報警與聯鎖。生產參數報警如液位高報警、天然氣濃度高報警、溫度異常報警、壓力異常報警等；設備故障報警如電動閥故障判斷與報警等；站點流程異常報警如壓油時間超長報警等。當油氣生產發生異常時能及時提醒站內人員進行處理，避免發生重大安全事故。

    （3）人機界面和鍵盤。采集數據顯示、報警顯示、工藝流程監視、參數設置等。通過人機界面及鍵盤可實現現場站點監測操作和設置，能根據油田作業變更做相應的參數調整。

    （4）通訊接口。通過通信線路與中心控制室的通信，實現站點采集數據上傳、計量、監測結果上傳和中心控制室參數設置的下傳等遠程操作，從而實現站點無人值守。

   4 系統的數據管理功能

   軟件方面采用標準、開放的通信協議。RTU、PLC和DCS軟件通過ODBC、ADO或者直接的數據庫接口，將數據實時寫入數據庫中。

   4.1 數據服務器基本功能

   （1） 系統數據維護。如SCADA系統、DCS系統內部維護所使用的信息，以及中心控制室操作班組等操作安全信息等。

   （2） 站點基礎數據維護?；A數據庫維護則保證MIS系統內部信息與實際生產情況保持一致。

   （3） 動態采集信息。動態采集數據包括各個站點現場的溫度、壓力、流量、天然氣濃度等歷史數據，以及各個油井的產量計量結果等。

   （4） 數據處理和分析。對生產中的異常數據進行分析和處理。

   （5） 報表輸出。自動生成油、水井日報表和中心站綜合報表以及設備運行報表。

   4.2 生產自動化管理信息系統典型的技術指標

  （1） 通信輪訓周期。指各個站點RTU、PLC和DCS數據在中心控制室刷新的最大時間間隔，是決定生產自動化信息管理系統實時性的重要指標。

   （2） 穩定性和可靠性。一個穩定的生產自動化信息管理系統應該能長期連續運行。中心控制室電臺或主數據服務器出現故障后，應該能夠順利切換到備份系統運行，以避免影響生產。

   （3） 系統的擴展性和適應性。應能夠實現動態增減油水井、計量站、注水站等能夠適應油田常見的作業變更。

   5 系統數據發布

   實時數據庫系統在實際生產中主要承擔系統所有實時數據的存儲和管理，為相關的功能提供快速、正確的實時信息。因此對實時數據庫來說，其實時性是第一位的。

   web數據發布系統。在油氣田上進行的生產指揮活動面對的是廣闊的油田、錯綜復雜的地形地貌、難以捉摸的地質條件、分布廣泛的作業區、長而復雜的傳輸管線、規模及功能各異的站場及聯合站、差異很大的自動控制系統、大型的機械設備、眾多的生產工藝和技術環節、品種繁雜且數量巨大的原材料消耗、巨額的資金投入和巨大的勞動力投入。傳統的信息系統通常只具有處理、管理、分析二維屬性數據的能力、為決策過程提供有用的信息，以報表的形式把信息提供給決策人員，這樣的信息系統缺少管理空間數據的能力，和人們的視覺、聽覺保持了一定的距離。而一個好的WebGIS應用系統不僅僅是一個完整的信息系統，它還能實現圖形、圖像空間數據和屬性數據的統一管理，提供各種范圍內的編輯、復制功能，允許快速地改正并更新向量及有關的描述數據，把所需要的信息和圖像數據提供給用戶、供判斷和分析。特別是WebGIS 支持互聯網技術，任何人員，只要擁有相應的權限，不需要進行繁雜的軟件系統安裝，聯接進入互聯網，點擊相應的鏈接，就可以獲取相關的數據信息。

   實時數據庫系統web數據以及GIS系統（地理信息系統）相結合，實現生產信息在油氣田系統內部的共享，提高信息應用和生產管理水平。

   6 結論

   通過各站點自動化系統的建設，利用通用的數據接口將數據發送到中心控制室數據服務器中，對數據進行統一管理。油氣田生產自動化信息管理系統能夠顯著提高油氣田的經濟效益，節約大量的人力、物力和財力，同時它也是數字化油氣田的一個重要組成部分。通過自動化信息管理系統的建設，能更及時準確地掌握油氣田的生產動態，對油氣田的生產和管理有著極大的指導作用。   

   摘自《自動化博覽》2012年第二期