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基于实时数据库的采油厂数采监测系统的设计


引言

 

  随着自动化技术的普及应用,油田各采油厂已经在各站(中转站和联合站)采用集散控制系统或以PC总线为基础的工控机构成简易的分散型测控系统。但这些自动化系统都是分散在各站上,管理者如果不到现场则不能及时掌握现场情况,不能实时监控生产运行状态,使各站的自动化系统形成 “孤岛”。另外,对数据的利用比较简单,报表还需人工从控制系统的监视器上二次抄录。由于各站的基础网络异常复杂多样,多种上位机系统及PLC并存,使得实现厂级的远程监控系统十分困难。

 

  为了提高竞争能力,连续工业正在不断地通过提高自动化水平来提高产品质量、节省能源、降低成本以获取更显著的经济效益。[1]随着以紫金桥实时数据库为平台的采油厂数采监测系统的实现,各采油厂将摆脱自动化“孤岛”的传统模式,把报表的手工抄录方式改为自动采集数据并形成报表,加强数据有效共享,加强对各站的实时监控,使采油厂的信息化向整体、综合和集成的方向发展。本系统已于2011年9月应用于大庆油田有限责任公司第八采油厂。

 

1、系统介绍

 

  以紫金桥实时数据库为平台的采油厂数采监测系统把分散在各站的装置运行参数、生产数据及仪表计量等的数据信息全部集中到一个智能化的实时监控系统中,实现了现场各站到后方采油厂的实时数据采集的电子化、无纸办公化;实现现场实时在线监测装置和仪表计量的运行状况,为采油厂生产管理指挥提供了强有力的技术保证。实时数据采集监测系统将及时、准确、高效、方便地为管理者宏观调控及采油厂今后的数据挖掘提供第一手资料,实现采油厂的自动化运行管理,提高生产管理效率,进一步完善了油田数字化建设,改进了采油厂生产信息管理的模式,真正达到油田数据信息资源的共享。

 

2、总体设计

 

  采油厂数采监测系统由数采前置机和监控中心两部分组成,其总体架构图如图1所示。

 

 

图1 系统总体框图

 

  系统中数采前置机部分布置在各站控制室现场,由现场工控机或PLC、数采前置机等组成,完成从工控机或PLC上采集数据到前置机的功能。监控中心由实时数据库服务器、热备服务器和其他关系数据库服务器组成。实时数据库负责采集前置机的数据并对数据进行存储、处理、转储和WEB发布;热备服务器和实时数据库服务器进行双机热备,可以有效地提高系统的稳定性和可靠性;实时数据库还可根据需要将数据转储到其他的关系数据库中,如油田的A2(中国石油油气水井生产管理系统)系统。

 

  2.1数采前置机的设计

 

  由于各站使用的上位机组态软件各不相同,因此需要在各站监控室设置一台前置机用于采集数据,所有前置机中统一安装紫金桥监控组态软件,上位机中安装Remote I/O组件。

 

  2.1.1 Remote I/O组件

 

  生产数据采集系统必须能够把生产现场(包括中转站、联合站)的数据采集汇总在一起,以提供进一步的数据处理以及为上层生产决策提供数据服务。

 

  根据需要在各站主控室设立前置机,每台前置机负责与现场控制系统通信,同时将采集到的实时数据回传至信息中心服务器。

 

  目前,采集现场工控机上的数据有二种方式。第一种是用OPC或DDE的方式通过串口直接采集现场工控机的数据,但是这种方式受系统环境等各种因素的影响较大,可靠性及稳定性都较差;第二种方式是把前置机的采集软件布置在现场工控机上,这种方式可靠性和稳定性都很好,但是出于安全性考虑或存储空间及运行资源的限制,通常在现场的工控机上不允许安装其它的大型软件。

 

  为此,系统应用了一款远程数采组件,即Remote I/O组件。这个组件的特点是占用空间小、占用资源少,运行安全稳定可靠。Remote I/O布置在现场工控机上,负责与工控机中的组态软件通信,前置机通过其与现场工控机通信进行数据采集,Remote I/O在整个采集过程中担任桥梁的作用。

 

  2.1.2 报表管理

 

  报表管理分为数据采集和数据查询。

 

  数据采集包括数据的自动采集和人工录入两部分。自动采集是将现场上能够采集上来的数据自动的存入实时数据库并写入报表中,如果操作员认为这部分数据不准确,也可以对其进行修改校正;人工录入是将现场无法采集到的数据手动的录入到报表中并存入指定时刻的历史数据库中。

 

  数据查询是针对整张报表而言的,就是将已经在固定时间段存入历史数据库的数据查询出来在报表上显示,报表查询是以天为单位的,可指定到具体的某一天。

 

  2.2数据传输

 

  系统的数据流向是这样的:前置机通过Remote I/O采集工控机上的数据,再把数据上传到信息中心实时数据库中,然后把实时数据库中的需要的数据转储到关系数据库中。

 

  由于通讯线路的故障或病毒的干扰都可能使通讯出现中断现象。这就会给顶层数据库造成数据缺失,影响历史数据的完整性、统计数据的准确性。为了在出现网络故障的时候保证数据的完整性,系统采用了数据恢复即断点续传技术。

 

  前端数采机和监控中心服务器进行通讯时,如果网络出现故障或者机器重新启动,数据库间不能进行即时的数据通讯,前端数采机能够暂存断线期间的历史数据,当通讯恢复后将数据自动恢复到上层数据库中。如果有实时数据库向关系数据库进行数据转储的情况,在历史数据恢复的同时,还能对断线期间应该转储到关系库中的数据进行恢复。

 

  系统支持多级数据恢复。如在下图所示的前置机到二级服务器间出现了通信故障,在线路恢复后,前置机与二级服务器间将进行数据恢复。虽然中心服务器与二级服务器之间没有出现过通信故障现象,但是由于二级服务器在与前置机故障期间,自身数据没有得到刷新,以至造成其上游服务器数据停滞现象。因此在前置机与二级服务器间将进行数据恢复时,也 将中心服务器关心的数据进行恢复。断点续传技术保证了历史数据的完整性,而且这种恢复会层层向上,直到最终的关系数据库中。

 

 

图2 数据恢复示意图

 

  2.3监控中心的设计

 

  监控中心主要负责采集数采前置机的数据并对数据进行存储、处理、转储和WEB发布。

 

  2.3.1数据转储

 

  数据转储是将传送到监控中心服务器上的数据通过转储软件按照规定的格式、规定的时间间隔将所要转储的数据存储到A2系统等其他的关系数据库中。

 

  2.3.2WEB发布

 

  通过监控中心服务器上的实时数据库进行WEB发布,所有授权用户均可通过浏览网页的形式查看各站的实时工艺流程画面,及时掌握所关心的数据,查看现场设备的运行情况等,实现了坐在办公室里就能及时了解现场情况,指挥现场生产。WEB发布包括实时数据显示,流程图显示,报警显示,趋势显示等。

 

  2.3.3客户端

 

  监控中心服务器上发布的画面,包括工艺流程图、重点实时数据、趋势、报警和报表等都可通过浏览器查看。系统的权限管理和中国石油天然气集团公司的域用户管理相结合,实现了用户只需用域用户登录就可获得相应的权限。

 

3、软件设计

 

  3.1数采前置机的软件设计

 

  数采前置机通过串口与工控机相连,这也有效的防止了病毒的传播,提高系统的安全性。首先在监控组态软件中建立驱动,配置Remote I/O,通过Remote I/O采集数据到前置机。然后在组态软件中绘制工艺流程画面、报表、历史趋势和报警等画面,把采集上来的数据应用到上述画面中。

 

  3.2监控中心实时数据库服务器上的软件设计

 

  实时数据库服务器通过局域网与前置机相连,通过远程数据源采集前置机的数据,并将工艺流程画面、报表、历史趋势和报警等画面进行WEB发布,还要将需要的数据转储到关系数据库中。

 

4、应用实例

 

  大庆油田有限责任公司第八采油厂建立的生产数据采集监测系统,打破了过去主要以手工记录数据和电话上报数据的传统模式,实现了数据采集与网上发布同步的功能,将原来只能在操作岗工控机上看到的数据直接发布到网上,相关人员在有浏览器的地方可以随时查询到需要的数据。生产数据采集系统的应用加强了对生产数据的管理,使数据的收集和整理过程更科学合理,及时的对数据进行分析与共享,形成需要的生产信息,加强生产管理过程的自动化,使生产信息和管理信息能够及时产生和发布,从而制定科学合理的公司生产和经营的发展战略。

 

5、结语

 

  采油厂生产数据采集监测系统的应用不仅改变了原有的数据流程管理方式,也实现了从职能化管理到业务流程管理的转变,缩短了信息沟通的时间,提高了工作效率。保证了各种原始信息数据获取的及时的、真实性、全面性,信息分析处理的科学性、系统性,结论建议的准确性、完整性,为中国石油A2系统在大庆油田有限责任公司第八采油厂的顺利实施奠定了坚实的基础。