数字化油田监控解决方案

采油厂数据远传监控系统方案书2017年12月1 设计依据1.1 建设数字化油田的发展要求油田的一个采油厂由多口油井、计量站、管汇阀组，转油站，联合站、原油外输系统、油罐以及油田的其它分散设施组成，那么整个采油厂的各种设施的工作状态及采出油品的数据（主要有温度、压力、流量等）就直接关系到油田生产的稳定及原油质量。目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，这种方式必然使工人劳动强度加重，并且影响了设备监控与采油数据的实时性，甚至准确性。所以油厂的自动化、信息化就显得极为突出。随着网络信息化的飞速发展和生产数据的日积月累，采用传统的管理方式和数据手工记录模式已不能满足现代企业的发展要求，生产信息的数据统计和查询的网络化已成为现代企业提高工作效率，降低生产成本的有效手段，XXX本着建设数字化油田、创一流油田企业的发展目标，迫切要求分布广泛的现场生产统计数据实现网络化。2 系统概述根据反复的实地考察，了解到目前采油厂下的部分联合站和电泵站已有完整的数据采集系统，且已完成前端数据采集工作，但由于各个数采系统所用软件均来自不同厂家，因此数据暂停留在各监控站点服务器中，并未实现数据全局共享。为了实现油田数据信息化、网络化，打破各个监控现场相互之间长期形成的“信息孤岛”局面，本系统采用目前国际上最先进的远程监控系统，利用现有的局域网络基础，通过网际组态软件WebAccess的远程数据传输功能，实现数据的网间共享以及实时监控。本方案详细的从网络架构、采集原理、记录方式、数据通讯规约、网络安全等多方面，针对XXX采油厂广泛分布各地的监控站点的数据信息提出完整的监控解决方案。3 系统组成原理根据采油厂目前各个监控子系统的特点，结合网际组态软件WebAccess的网络架构，实现原理如下图所示.根据系统原理图，在各个联合监控站点和电泵站监控中心的数采系统服务器中安装WebAccess监控节点部分软件（Scada Node），对于已有数采系统软件的站点，通过WebAccess提供的标准数据接口如DDE、OPC、ODBC等从现有的数采系统中提取动态实时数据（同时要求现有的数采系统至少提供一种便于数据共享的标准数据接口），对于尚未建立数采系统的站点，则需要建立数据采集系统，通过WebAccess本身自带的上百种设备驱动直接和底层硬件进行通讯，实现数据的采集。除进行数据采集远传之外，WebAccess还可以根据监控点的设备分布情况和工艺流程，绘制监控界面和报警、报表、曲线图等。使监控人员有身临其境的感觉。同时各监控站点可以利用本地打印机进行报警信息、报表数据的打印输出。在采油厂的监控中心配置一台数据存储/网络发布的WebAccess服务器，各个监控站点通过网络将采集到的动态实时数据经软件优化的数据传输协议高速上传到二厂监控中心的WebAccess服务器中，进行数据存储，同时WebAccess服务器起到监控站点和客户端的连接作用和图形界面的网络发布，管理层的任何领导都可以通过标准的浏览器登陆WebAccess服务器对现场的生产情况进行实时监控，其监控界面效果与各个监控站点完全相同，包括全部的警报、报表、图表信息、操作记录等，且当任何某一监控站点发生报警时，其他处于监控网络中的PC机都会有报警信息产生，实现“一方报警，八方响应”的全局互动，确保报警信息第一时间得到有效处理，最大限度降低因设备状态异常而带来的损失。局域网内甚至是互联网内的管理人员的PC机必须安装WebAccess客户端插件， WebAccess服务器通过授权用户名、密码的方式审核远程访问者的身份，极大地保护生产数据的安全性。4.数据采集传输原理根据采油厂所辖监控站点的实际情况，充分发挥已有数采系统的功能，结合WebAccess组态软件的兼容性、扩展性和跨平台性的功能特点，整个系统采用国际上标准通用协议OPC、ODBC、DDE等多种协议方式并存的软件结构。其中黄色箭头代表数据传输方向。端口映射（NAT）技术远程互联网访问基于B/S架构的远程调度管理层的网络通讯技术防火墙基于WebAccess的管理层网络通讯技术基于B/S架构的HTTP访问技术办公局域网络基于国际标准通信协议的网络通信技术电泵站数采系统数采系统数采系统数采系统数采系统ORACAL数据库服务器ODBC集输科技术科厂长中央监控室WebAccess服务器（采用Web Server 的站点发布方式）图2、 数据传输原理图 5 WebAccess实时监控软件WebAccess是美国著名专业从事自动化HMI/SCADA系统组态软件研发与应用的BroadWin科技有限公司开发的一种基于WEB技术监控系统。WebAccess4.0中文版是根据中国自动化控制国情开发的中文版软件。图2、WebAccess软件架构WebAccess是以网络浏览器Internet Explore为基础，并将TCP/IP协议内置于软件核心中，互联网的开放性便成为WebAccess系统的有机构成部分。整个系统与互联网无缝连接。客户端无需负担额外费用便可通过标准网络浏览器对系统进行访问，进行在线动态编辑，随时随地掌握系统动态。与传统系统不同，基于其内置的互联网连接性， WebAccess支持的客户端不受数量限制，是最佳成本的互联网控制方案，同时WebAccess的多叠式网络安全架构也保护终端用户的数据和整个系统。6 系统实现功能6.1实时监控【WebAccess监控主机】将实时采集从现场层送上来的现场重要数据（如：电压、电流、含水率、含油率、压力、温度等），并将数据以图文并茂的形式显示于监控页面中，监控人员可以根据屏幕显示对现场的情况进行实时监视，即当现场发生任何变化（如有报警信息产生）【WebAccess监控主机】将随之变化并发出警报信息。在监控层的操作人员将第一时间内得到现场的警报信息，警报信息的表现方式除可以在屏幕上会有动画/闪烁/列表等提示外，还可以以声音/网络E-MAIL/短信等方式通知不在现场的管理人员。6.2 多样式的报警信息当系统有报警产生时，操作员可以根据上图中在线报警栏中的信息提示得知警报，同时，“在线警报”按钮也会呈现红色闪烁状态，点击进入“报警摘要”画面中。在主画面中，不同的报警信息也会有不同的报警显示形式，WebAccess提供多媒体语音报警、动画闪烁报警，弹出窗口报警、发送E-MAIL报警等，可以实现全方位的报警信息通报。在线报警栏中的报警信息，在每一个监控页面都是相同的，无论现场还是远程监控站，而且所有站点的的报警信息是全局联动的，可以让操作人员最短时间内发现报警信息，解决故障。6.3 数据记录、报表显示WebAccess提供实时曲线、历史曲线对数据进行显示记录，以方便用户根据曲线走势进行系统分析；还提供报表查询、打印功能，有值班报、日报、月报，可根据需要输入起始时间、终止时间和采集频率的不同而查询相应时间段的数据报表。还可以通过高级选项设定查询数据的显示类型，如最大值、最小值、平均值等。用户可以直接将报表输出打印或发送E-MAIL到指定邮箱。发送报表格式为HTML格式，可以轻松将报表粘贴到EXCEL等工具软件进行处理加工。WebAccess提供标准的ODBC接口可以将数据记录到关系型数据库（SQL、ORACLE、ACCESS），方便采油厂上层管理系统直接读取历史数据库中的全部历史数据。6.4 Internet 访问功能 1）支持3A访问由于油田行业的特性决定了其监控点的地域分散性，传统的监控方法会耗用大量的人力、物力、财力，WebAccess系统软件基于Internet来实现信息交互、综合与共享，实现统一的人机界面和跨平台的数据库访问，真正做到局域和远程信息的实时监控，数据资源的综合共享，以及全局事件快速的处理和一体化的科学管理。WebAccess支持3A访问（AnywhereAnytimeAnyplace，任何地点，任何时间，任何位置），也就是说油田生产情况的管理不一定在中控室进行，可在任何授权人员方便的地方进行。而且WebAccess打破了传统的价格观念，开放了管理层的网络扩展。让管理层不需要支付额外的费用，便可随意增加系统中远程访问监控数量，为未来管理层网络扩展提供了广阔的免费空间。2）支持远程故障诊断与报警一旦将传统的监控系统延伸到因特网上，油田各阶层管理人员即便是在千里之外也可以完成他的职责，系统报警信息可送达有关管理人员的电话手机；提示系统运行状况。通过因特网，不仅可以完成监控职责，而且还可以进行远程故障诊断，可以通过因特网持续了解自己设备的运转情况，当设备运行在非正常状态时，可以立即采取措施避免事故发生，当然可以减少运行管理费用。可以说，基于因特网的远程监控技术代表着油田自动化的发展方向。3）支持Pocket PCWebAccess系统的另一特点是支持Pocket PC（掌上电脑），通过采用WinCE为平台的Pocket PC可利用无线网络技术接入WebAccess系统，浏览系统结构，了解系统工作状况，显示被控设备状态参数。并且可以在授权的情况下对运行参数做调整。这大大方便了出差在外的管理人员随时随地掌握现场信息。6.5 事件记录WebAccess对系统运行中的操作、数据变化、报警等提供分类的信息查询功能。6.5.1运行记录系统运行中的多种操作如电源的开关、用户的登陆退出等都可记录在“运行记录”中。 操作员也可以通过ODBC记录查询运行记录图8 通过ODBC查询运行记录6.5.2 报警记录系统运行过程中产生的报警信息都会被记录，记录内容包括：报警点、产生时间、报警值、报警类型、报警限定等，用户可以在线打印报警记录信息，为用户分析报警产生原因，查找事故来源提供有利依据。同样，操作员也可以通过ODBC记录查询报警记录。6.5.3 系统记录操作员进入系统后所做的所有操作都会自动由“系统记录”记录下来，操作员可以通过ODBC查询来查询这些记录。6.6 权限设定由于生产监控系统上升到Internet互联网，系统安全性的问题也是不容忽视的。WebAccess的多叠式网络安全架构起到了天然的安全屏障功能，整个系统中任何监控中心或现场站的操作人员，在进入现场与远程监控界面时，都需需要各自不同的用户名、密码，而其使用的用户名、密码就直接决定了操作人员能够监控界面的内容及是否拥有监控和控制的权力。而全部用户名、密码的分配以及权限划分工作都由监控中心的WebAccess工程节点负责配置。WebAccess监控软件提供五个用户权限等级。同时WebAccess还使用了区域和安全等级的概念以保护系统数据不受随意修改。6.7 与上层管理系统的集成WebAccess的采集节点提供API接口，上层管理系统可以编写简易的API程序从采集节点读取、写入整个系统中的任何I/O点的数据。同时还提供标准的ODBC数据接口，WebAccess提供的两种接口可以读取现场的全部实时数据和历史数据，实现与上层管理信息系统的数据共享。6.8 远程监控由于WebAccess与生俱来的网络架构，使得其具有强大的远程监控功能，在整个网络内任何装有WebAccess客户端插件的计算机，登陆监控中心的服务器（即工程节点），经过严格的身份验证后，可以在Web浏览器内看到和现场完全相同的监控画面和实时数据，如果其管理权限中拥有控制能力，可以直接远程对现场的抽油机、电潜泵等设备进行启停操作，真正做到了远程与现场的零距离监控，而在现场的采集节点中则详细记录了其操作的全部过程。7.WebAccess优势特点在本项目方案中，WebAccess的优势功能体现的淋漓尽致，是其他软件所无法匹敌的。主要有以下几点：1、远程诊断维护无论是办公网络内的领导还是或监控中心的中控室【WebAccess服务器】，都支持工程的远程维护，即监控系统出现任何问题，或需要根据监控内容的更改修改界面或参数配置，保障了在最短的时间内完成监控人员的修改要求。2、高速的数据传递【WebAccess监控主机】的数据传送采用数据优化处理，是目前国际上最先进的数据优化算法，无论是工厂办公网络或远程互联网都可以保障高速的实时数据刷新。 3、免费无限客户端由于WebAccess与生俱来的网络核心架构，致使其客户端是免费的，而且是无限的，这相对于其他组态软件来说绝对是无法企及的。对于XXX这样有大规模监控需求的企业单位来说，无疑节省了大量成本。并且可以实现客户端的监控效果与中控室完全一致。其它功能提供专门报警窗口，当警报产生自动调用警报图表，并以图形、E-MAIL、声音等多种方式发布警报信号警报事件发生及处理顺序记录操作事件顺序记录，记录全部事件修改处理过程远程全功能诊断维护，实现场身临其境的操作维护界面以时间或X-Y轴方式绘制数据的实时和历史趋势曲线让排程功能配合现场时间规划达到节能效果支持视频画面的集成，同步显示现场的真实情况现场可以不使用浏览器的常规浏览方式更适合现场的管理及控制日、月、年采用HTML报表方式显示系统模板自带概观显示、区块详情、详细点等信息页面监控时仅传递实时数据，解决网络带宽瓶颈问题监控页的任意缩放详细的系统运行记录通过E-mail方式定期发送报表及警报信息严密的管理权限设置，严格控制操作权限范围免费的网络客户端任意扩展图形化动态的数据显示方式全中文显示界面详细的警报产生及处理过程记录ODBC、DDE、OPC、DLL多种标准的第三方数据接口互联网防火墙设置、多叠式安全等级8.总结本系统设计方案已经成功应用于XXX的自动化监控系统中，而且得到了各方面的认可，目前二期扩展项目正在进行中。通过本系统可以实现采油厂下辖的联合站和电泵站等监控站点的生产数据网络共享，大大地提高数据查询效率，降低生产成本，方便管理，为实现XXX数字化油田的建设目标打下了坚实基础。9