數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

楊嘉琦

[摘 要] 油氣集輸過程中如壓力、流量、溫度等這些數(shù)據(jù)都需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管來保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。如何高效、可靠地采集這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，則離不開信息化技術(shù)的應(yīng)用。文章闡述了基于油氣物聯(lián)網(wǎng)與云虛擬化這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)的數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)項(xiàng)目。根據(jù)目前使用情況看，該項(xiàng)目的實(shí)施可有效地解決目前生產(chǎn)單位的迫切需求，具有“可推廣、可復(fù)制”的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞] 信息化；數(shù)據(jù)采集；云技術(shù)；SCADA

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 03. 025

[中圖分類號(hào)] TP315 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2018）03- 0060- 04

1 概 述

油氣集輸系統(tǒng)是油田生產(chǎn)的重要組成環(huán)節(jié)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)不僅關(guān)系到井下的采收率與計(jì)產(chǎn)，還與安全環(huán)保有著密切聯(lián)系。那么，為了確保生產(chǎn)能夠持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)這些數(shù)據(jù)的有效監(jiān)管則顯得尤為重要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云虛擬化技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用到油田生產(chǎn)中，只有利用好這些技術(shù)才能更好的服務(wù)于油田生產(chǎn)，提高油氣田采收與開發(fā)效率。

2 SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目結(jié)合吉林油田實(shí)際生產(chǎn)需求，進(jìn)而研制出一套數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)，其主要應(yīng)用于井組自動(dòng)化控制與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)确矫妗Ｔ撓到y(tǒng)架構(gòu)包括兩個(gè)部分：首先，前端設(shè)備由傳感器（Sensor）、可編程遠(yuǎn)程傳輸單元（RTU）、4G LTE通信模組、二次開發(fā)顯示界面及相關(guān)電氣器件等設(shè)備組成；其次，后端設(shè)備為云計(jì)算中心，包括Web管理軟件服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及IIS發(fā)布服務(wù)器等。最后，設(shè)立集中監(jiān)控中心，通過B/S系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示及下發(fā)相應(yīng)指令控制，以便于專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行決策與分析。

自主研發(fā)的SCADA系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)、DSC系統(tǒng)相比，具有性價(jià)比更高、與無線通信網(wǎng)絡(luò)搭配更加密切的特點(diǎn)，更為適合油田這樣地域廣闊的應(yīng)用環(huán)境。

3 油田SCADA系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

目前，吉林油田各采油廠員工自然遞減率較快，勞動(dòng)強(qiáng)度逐年增加。尤為顯著的是采油廠計(jì)量間的值班人員，往往要一職多崗，導(dǎo)致了生產(chǎn)數(shù)據(jù)提交滯后問題的出現(xiàn)。因此，解決計(jì)量間人員緊張問題，早日實(shí)現(xiàn)無人值守化管理迫在眉睫。經(jīng)實(shí)際調(diào)研，在吉林油田新民采油廠三隊(duì)實(shí)施了SCADA系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，通過采集油間壓力、溫度、質(zhì)量流量、摻輸流量及水間注水壓力、流量來滿足采油三隊(duì)對(duì)日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)的需求。利用自動(dòng)化采集方式，可達(dá)到降低數(shù)據(jù)傳輸風(fēng)險(xiǎn)，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高辦事效率，確保生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

由圖1可知，SCADA系統(tǒng)基本原理是利用RTU的AI輸入端采集傳感器信號(hào)，并通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)4G傳輸至云端服務(wù)器。隨之云服務(wù)器對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新、歷史數(shù)據(jù)定時(shí)存儲(chǔ)、 IIS數(shù)據(jù)發(fā)布及B/S系統(tǒng)展示等功能。與第三方SCADA系統(tǒng)相比，自主研發(fā)的SCADA系統(tǒng)進(jìn)行了更多優(yōu)化配置，首次引入了主電路過欠壓保護(hù)、短路自保、RTU異常聲光報(bào)警等一系列功能，有效提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，進(jìn)而降低設(shè)備維護(hù)成本。

如果說RTU是數(shù)字采集SCADA系統(tǒng)的核心，那么平臺(tái)軟件則是指揮這套核心設(shè)備的大腦。平臺(tái)軟件系統(tǒng)好不好用，是決定系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的直接標(biāo)準(zhǔn)，而軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性是確保數(shù)據(jù)采集持續(xù)、準(zhǔn)確的關(guān)鍵。云平臺(tái)技術(shù)的興起可有效解決這一難題，利用云端虛擬化技術(shù)可將服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一部署，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一上傳與統(tǒng)一存儲(chǔ)。

系統(tǒng)軟件本著“統(tǒng)一平臺(tái)、資源共享”的原則，將SCADA系統(tǒng)作為一個(gè)子系統(tǒng)模塊集成在已有的物聯(lián)網(wǎng)信息化管理平臺(tái)框架中，并利用單點(diǎn)登錄方式進(jìn)行系統(tǒng)登錄。如圖2所示，利用管理員賬號(hào)登錄信息管理平臺(tái)，點(diǎn)擊登陸即可進(jìn)入如圖3所示的信息管理平臺(tái)主界面。

選擇信息管理平臺(tái)中的計(jì)量間功能子模塊進(jìn)入如圖4所示的軟件界面。

當(dāng)前顯示界面為27#井組數(shù)據(jù)采集流程。采集數(shù)據(jù)為單環(huán)注水壓力、注水流量、干線壓力、井環(huán)溫度、壓力、計(jì)產(chǎn)量油等，數(shù)據(jù)采集頻率為10秒。通過該軟件界面管理人員可清晰掌握集輸系統(tǒng)下各類參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生問題時(shí)可針對(duì)相應(yīng)問題進(jìn)行整改，效果十分直觀。在軟件頁面上端有導(dǎo)航標(biāo)簽，使用人員可進(jìn)行點(diǎn)擊對(duì)其他信息進(jìn)行查看。

將實(shí)時(shí)采集的信息記錄下來，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)加以分析利用，SCADA系統(tǒng)才能夠起到真正的作用。當(dāng)然，只是將數(shù)據(jù)采集點(diǎn)記錄下來保存在數(shù)據(jù)庫中，其功能顯然是不完整的。只有將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出相關(guān)結(jié)論，形成報(bào)表進(jìn)行輸出，這樣才能讓數(shù)據(jù)“活”起來。

如圖5所示，將采集的數(shù)據(jù)按照天進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每隔半小時(shí)一次，這樣管理人員即可針對(duì)不同時(shí)間段來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看與分析，如數(shù)據(jù)差值比對(duì)、時(shí)間間隔產(chǎn)量差計(jì)算等。

4 應(yīng)用效果

由于技術(shù)儲(chǔ)備充分，該項(xiàng)目?jī)H用時(shí)2個(gè)月就完成了新民采油廠三隊(duì)5個(gè)計(jì)量間的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)。項(xiàng)目的實(shí)施真正意義上實(shí)現(xiàn)了“無紙化”辦公模式，可以說為今后計(jì)量間無人值守管理提供了基礎(chǔ)。由于系統(tǒng)均為通信公司自主研發(fā)，無需第三方公司介入，可為采油廠節(jié)省維護(hù)費(fèi)用百萬余元。相信隨著更多自動(dòng)化設(shè)備的陸續(xù)上線，不僅在生產(chǎn)效率上得到有效提高，還可為人員急缺方面帶來幫助。

主要參考文獻(xiàn)

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