摘要：本文介绍了作业区控制系统的组成及体系结构，描述了系统所要完成的基本功能和web发布。该系统显著提高了油气田的经济效益，节省了大量的人力、物力、财力。

   关键词：生产过程自动化；RTU；PLC；DCS；SCADA

   1 概述

   长期以来，油气田生产自动化与计算机技术的应用是分不开的，从早期的单片机、单板机开始，经历了工业控制机阶段，到目前的DCS系统、SCADA系统。由早期的单机控制，到现在的C/S与B/S结构，计算机在油气田生产过程自动化中的应用达到了一个新的水平。自动化技术与计算机技术、网络技术相结合，朝着管控信息一体化的方向发展。
 
   油气田生产自动化主要是油（气）水井、计量站、注水站、转油站、联合站、天然气加工装置生产自动化控制。生产的实时数据进入数据库服务器中，实现实时监控和管理。

   2 系统组成

   2.1 生产过程自动化与管理信息系统的组成

   系统的硬件组成主要有计量站PLC、油（气）水井RTU，中心控制室数据服务器和web服务器。中心控制室到计量站通信线路采用光纤、双绞线连接。远端油水井采用无线通信连接。系统的软件组成：RTU、PLC和DCS上位机监控操作系统采用基于Windows操作系统，工控机运行RTU、PLC和DCS相关的工控组态软件包，数据服务器运行SQL Server数据库，web服务器运行网页发布文件。生产过程自动化与管理信息系统主要分为决策层、数据层、监控层和现场层四个层次，而中心站的自动化系统属于监控层和现场层，通过信息网络把四个层次有机连接起来。

   四个层次功能描述:

   （1） 决策层——系统可以对数据层上传的主要生产数据进行统计、分析，管理者可以通过这些数据分析结果及时了解生产情况，做出正确的决策，指挥生产。

   （2） 数据层——该系统主要是对所有中心站的现场实时数据和参数进行收集、存储及分类，并自动提取数据生成生产所需要的各类报表，并能够进行实时显示和查询，自动对数据按月、季度、年度进行汇总分析，为上级领导的分析和决策提供最直接真实的依据。

   （3） 监控层——该系统主要是对各中心站内的现场数据进行实时采集、调控以及向上级系统进行数据发送，同时对生产数据进行显示、存储以及对故障点进行报警处理。

   （4） 现场层——它是直接对生产流程进行数据采集和调控，可以保证生产可靠安全高效地运行，大幅度地降低工人的劳动强度，有效地消除安全隐患。

   站点远程控制端直接决定着现场自动化控制的水平，因而应具备完善的功能、准确的计量算法、友好的人机界面、强大的通信能力。另外，虽然各站点的工艺流程不尽相同，但油井数、注水井数、采集点数、分离设备，加热炉和塔器往往有很大的差别，因此一个完善的生产过程自动化与管理信息系统应具有良好的软、硬件扩展能力和现场适应性，组态和数据库应用软件应提供多种参数设置以适应不同的工艺要求。在硬件方面，应选用工业级的控制器和模块，以及配套的工业级显示屏、电台、电源，以适应油田特殊的温度、湿度、油污、通信干扰等环境。在自然条件恶劣的西部沙漠油田甚至选用军工品级的硬件产品。系统从现场控制终端到中心控制室、从通讯系统到管理网络、从硬件到软件的完整解决方案，在中心控制室即可对各个站点进行配置、实时监控、计量结果上传、历史数据统计分析、报表打印等，从而计量站可无人值守，实现油田生产管理的全面自动化。
  
   2.2系统结构图

                      

    3 系统生产控制功能

    计量站生产担负着站内各个油井的液、油、气三相计量任务，需要及时准确地为油田地质部门提供油藏工程资料；注水站生产是根据油气层的压力、液位等数据给各水井进行配注；油（水）气井监控可实时监控井口压力，保证生产的正常运行。根据各站点的工艺自控系统要完成以下功能：

    （1） 数据采集功能。包括各站点工艺流程温度、压力、液位、天然气浓度、含水率、注水流量等的采集，中心站值班人员可以根据采集来的数据监控油、水井生产、及时发现异常情况并进行处理。

    （2） 报警与联锁。生产参数报警如液位高报警、天然气浓度高报警、温度异常报警、压力异常报警等；设备故障报警如电动阀故障判断与报警等；站点流程异常报警如压油时间超长报警等。当油气生产发生异常时能及时提醒站内人员进行处理，避免发生重大安全事故。

    （3）人机界面和键盘。采集数据显示、报警显示、工艺流程监视、参数设置等。通过人机界面及键盘可实现现场站点监测操作和设置，能根据油田作业变更做相应的参数调整。

    （4）通讯接口。通过通信线路与中心控制室的通信，实现站点采集数据上传、计量、监测结果上传和中心控制室参数设置的下传等远程操作，从而实现站点无人值守。

   4 系统的数据管理功能

   软件方面采用标准、开放的通信协议。RTU、PLC和DCS软件通过ODBC、ADO或者直接的数据库接口，将数据实时写入数据库中。

   4.1 数据服务器基本功能

   （1） 系统数据维护。如SCADA系统、DCS系统内部维护所使用的信息，以及中心控制室操作班组等操作安全信息等。

   （2） 站点基础数据维护。基础数据库维护则保证MIS系统内部信息与实际生产情况保持一致。

   （3） 动态采集信息。动态采集数据包括各个站点现场的温度、压力、流量、天然气浓度等历史数据，以及各个油井的产量计量结果等。

   （4） 数据处理和分析。对生产中的异常数据进行分析和处理。

   （5） 报表输出。自动生成油、水井日报表和中心站综合报表以及设备运行报表。

   4.2 生产自动化管理信息系统典型的技术指标

  （1） 通信轮训周期。指各个站点RTU、PLC和DCS数据在中心控制室刷新的最大时间间隔，是决定生产自动化信息管理系统实时性的重要指标。

   （2） 稳定性和可靠性。一个稳定的生产自动化信息管理系统应该能长期连续运行。中心控制室电台或主数据服务器出现故障后，应该能够顺利切换到备份系统运行，以避免影响生产。

   （3） 系统的扩展性和适应性。应能够实现动态增减油水井、计量站、注水站等能够适应油田常见的作业变更。

   5 系统数据发布

   实时数据库系统在实际生产中主要承担系统所有实时数据的存储和管理，为相关的功能提供快速、正确的实时信息。因此对实时数据库来说，其实时性是第一位的。

   web数据发布系统。在油气田上进行的生产指挥活动面对的是广阔的油田、错综复杂的地形地貌、难以捉摸的地质条件、分布广泛的作业区、长而复杂的传输管线、规模及功能各异的站场及联合站、差异很大的自动控制系统、大型的机械设备、众多的生产工艺和技术环节、品种繁杂且数量巨大的原材料消耗、巨额的资金投入和巨大的劳动力投入。传统的信息系统通常只具有处理、管理、分析二维属性数据的能力、为决策过程提供有用的信息，以报表的形式把信息提供给决策人员，这样的信息系统缺少管理空间数据的能力，和人们的视觉、听觉保持了一定的距离。而一个好的WebGIS应用系统不仅仅是一个完整的信息系统，它还能实现图形、图像空间数据和属性数据的统一管理，提供各种范围内的编辑、复制功能，允许快速地改正并更新向量及有关的描述数据，把所需要的信息和图像数据提供给用户、供判断和分析。特别是WebGIS 支持互联网技术，任何人员，只要拥有相应的权限，不需要进行繁杂的软件系统安装，联接进入互联网，点击相应的链接，就可以获取相关的数据信息。

   实时数据库系统web数据以及GIS系统（地理信息系统）相结合，实现生产信息在油气田系统内部的共享，提高信息应用和生产管理水平。

   6 结论

   通过各站点自动化系统的建设，利用通用的数据接口将数据发送到中心控制室数据服务器中，对数据进行统一管理。油气田生产自动化信息管理系统能够显著提高油气田的经济效益，节约大量的人力、物力和财力，同时它也是数字化油气田的一个重要组成部分。通过自动化信息管理系统的建设，能更及时准确地掌握油气田的生产动态，对油气田的生产和管理有着极大的指导作用。   

   摘自《自动化博览》2012年第二期