基于模块化开发的SCADA系统在作业区.docx

基于模块化开发的SCADA系统在作业区的开发应用与推广长庆油田分公司第三采油厂数字化与科技信息中心二O—五年一月基于模块化开发的SCADA系统在作业区的开发应用与推广成果编写：刁海胜参加人：王军锋李曙光辛盛姚伟民王登莲刁海胜孙明李录兵游涛郑国玉李峰周维琴朱文涛章占强罗凌燕王俊青霍露雍硕宁莹李化斌张晓莉王宏郑新军审核人：王军锋成果简介一、成果内容长庆油出作业区SCADA系统是为克服数字化站控系统运行中的瓶颈问题，提升数字 化在作业区层面的运行效果，按照“集成化、数字化、可视化和个性化”的技术路线， 集成、整合数字化现有的综合资源而建立的统一的生产管理数据采集与监视控制系统， 它的的建设，实现了现场数据链的标准化程序、站控系统驱动的标准化升级和用户权限 的统一集中管理，有效的提升了站控系统运行的稳定性、可靠性和安全性二、成果创新点1、 PLC模块化升级：基于采油三厂冃前在用的安控增压点PLC标准程序进行模块 化开发是为了适应长庆油IU数据链优化而进行编制的一套标准程序，预留扩展接口2、 SCADA软件模块化开发：实现了 SCADA系统软件在开发过程中数据采集点的建 设、客户端油水井查询、报表开发等功能的模块化，缩短了开发周期，降低了作业区技 术人员的日常维护难度，为系统的快速建设推广和稳定运行提供了坚实的技术基础。

三、成果应用效果1、提高了硬件升级效率：通过模块化程序升级，已在盘古梁、郝坨梁作业区所辖 的70余座站点、1048 口油井、422 口注水井进行了推广，仅用了 10天时间便完成了现 场所有硬件数据链的标准化升级工作，较模块化升级前提前近30天，应用效果明显2、缩短了软件开发周期：SCADA系统的软件开发通过对井站数据采集点建设、功 能模块开发、报表功能配置等的模块化建设，大大提升了系统软件的开发速度，在盘古 梁、郝坨梁数字化建设中主体功能开发周期为一个月，较前期开发的油房庄作业区提前 了 60天，为软件后期试运行、作业区探索管理方法提供了充裕的时间3、便于自主维护：硬件、软件的模块化开发为作业区带來的最突出的效果首先为 作业区人员能够自主对系统进行口常的基本维护，这也为软件的进一步推广和深度应用 提供了一定的基础4、实现了资源共享，多级监控，分散控制，集中管理：SCADA系统已在四个作业区104座站点及其所辖的1948 口油井、712 口注水井进行升级并推广应用，一方而为现 场员工口常生产参数监控、录取、报表填写上传提供了手段，另一方面也为作业区经理、 技术管理人员提供了本作业区专属的生产调度管理平台。

目录一、 SCADA系统建设应用现状 5二、 模块化开发在油田SCADA建设中的应用 7三、 基于模块化开发的SCADA系统建设应用效果 16五、取得认识及下步建议 19基于模块化开发的SCADA系统在作业区的开发应用与推广一、SCADA系统建设应用现状仁SCADA系统建设应用现状1.1 SCADA系统的行业应用现状SCADA （Supervi sory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控 制系统，是以计算机为基础的自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶 金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域 在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟它在远动系统中占重 要地位，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、 参数调节以及各类信号报警等各项功能，即我们所知的〃四遥〃功能.RTU（远程终端单 元），FTU（馈线终端单元）是它的重要组成部分.在现今的变电站综合自动化建设中起了 相当重要的作用壳牌石油公司、道达尔石油公司、埃克森-美孚石油公司、美国德克 萨斯石油天然气公司、智利天然气公司等国际大型石油公司应都已应用SCADA系统实现 油田智能化管理。

1. 2长庆油田SCADA系统建设应用现状长庆油出自1997年引进SCADA系统，已在靖边气出、榆林气出、三个输油处的长 输管线得到广泛应用和普遍认可苏里格气出自2005年规模开发以来，首先在集气站 采用站控系统进行就地控制、远程监视2009年乂进一步探索采用SCADA系统完成从井 口到集气站的无人值守，实现了苏里格气田增产不增人为了完善油IU系统监控，长庆油t□公司将油气生产按前端、中端、后端三个层次实 施数字化管理建设其中中端是集油气集输、安全环保、重点作业现场监控、应急抢险、 辅助牛产保障为同一平台的运行指挥系统中端主要负责对前端传来的实时数据进行汇 总、分析和处理，并将一部分实时数据转变成管理数据，提供给不同岗位的管理人员， 是油田公司、采油厂的数据集散中心2013年，长庆油［H开展了国产SCAD八软件在采油厂生产管理中的的项目试验，利用 一年的时间完成了两个作业区的试点建设，并最终形成长庆油出采油作业区SCADA系统 建设标准，基于物联网技术的SCADA智能生产管理系统的建设，实现了现场数据链的标 准化程序、站控系统驱动的标准化升级和用户权限的统一集中管理，有效的提升了站控 系统运行的速度、稳定性、可靠性和安全性。

其次它的应用使各级生产管理部门在统一的油气生产管控一体化平台上，对其所管 辖的牛产运行情况实现牛产的统一监视与调度，并通过对历史记录数据的分析优化牛产 作业使系统的调度层、管理层、决策层（辅助决策层）进行无缝连接，系统将原来单 独运行的各站有机的联合起来，有效的实现了作业区调控中心对产量、注水、各站运行 状况监控的职能，同时各站点能够实时监控上下游站点以及所辖油水井的生产运行情 况，为提升作业区生产运行管理效率提供了有效的手段最后SCADA系统实现了报表自动生成结合员工补录功能，成功的弥补了目前在用的 站控系统无法实现报表补录的功能，确保实现毎个班的报表数据真实可用，同时各站报 表能够自动汇总结果到作业区调控中心，真正成为以调控中心为核心运行的管理模式2、SCADA系统模块化开发的必要性长庆油出作业区SCADA系统是为克服数字化站控系统运行中的瓶颈问题，提升数字 化在作业区层面的运行效果，按照“集成化、数字化、可视化和个性化”的技术路线， 集成、整合数字化现有的综合资源，创新技术和管理理念，充分利用最新的计算机网络 技术、数据整合技术、数据共享与交换技术，而建立的统一的生产管理数据采集与监视 控制系统它的的建设，实现了现场数据链的标准化程序、站控系统驱动的标准化升级和 用户权限的统一集中管理，有效的提升了站控系统运行的速度、稳定性、可靠性和安全 性。

但由于作业区SCADA系统软件开发环节较多，涉及的现场硬件、软件资源庞杂，因 此系统在实际的开发、推广和日常维护过程中，存在以下问题：1、 PLC的标准化过程中程序代码量较大，对没有经过专业学习的油II数字化维护人 员来说标准化的过程以及后期维护难度较大2、 SCADA软件在开发过程中涉及大量的现场油水井数据点，一方面作业区油水井数 量较多，进而致使数据点的建立以及后期关联工作量巨大3、SCADA软件报表查询等功能涉及的软件代码并没有实现标准化，不同的开发人员 完成的系统具有其特殊性，不利于后期维护为了解决上述问题，我们在SCADA系统开发的过程中对硬件升级以及软件开发进行 了细致的研究分析，对其中间环节采取模块化的开发手段，实现了作业区SCADA系统的 前端包括RTU、PLC在内的多种硬件寄存器快速升级以及软件IOServer X程、客户端工 程的模块化开发，大大缩短了软件开发的周期以及难度，为后期作业区实现自主维护奠 定了 一定的基础二、模块化开发在油田SCADA建设中的应用仁 长庆油田SCADA系统体系结构SCADA系统主要由现场硬件设备、软件以及通讯部分组成:图2-1标准SCADA系统结构1.1 SCADA系统硬件结构通常SCADA系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构。

服务器与硬件设备通信, 进行数据处理和运算而客户用于人机交互，如用文字、动画显示现场的状态，并可以 对现场的开关、阀门进行操作，同时它可以通过Web发布在Internet 进行监控硬 件设备（如PLC）通过以太网的总线方式连接连接到服务器上1・2 SCADA系统软件结构SCADA由很多任务组成，每个任务完成特定的功能位于两台个机器上的服务器负 责数据采集，数据处理（如量程转换、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用 户脚木等）服务器间可以相互通讯两台台服务器进一步单独划分成专门服务器，实 现如报警服务器，记录服务器，历史服务器，功图转发等各服务器逻辑上作为统一整 体，但物理上放置在不同的机器上，实现将多个服务器的各种数据统一管理、分工协作, 但缺点是效率低，局部故障可能影响整个系统1・3 SCADA系统通讯结构SCADA系统中的通信分为内部通信、与I/O设备通信、和外界通信客户与服务器 间以及服务器与服务器间一般有三种通信形式，请求式，订阅式与广播式设备驱动程 序与I/O设备通讯一般采用请求式，大多数设备都支持这种通讯方式，当然也有的设备 支持主动发送方式SCADA通过多种方式与外界通信。

如OPC, —般都会提供OPC客户 端，用來与设备厂家提供的OPC服务器进行通讯因为OPC有微软内定的标准，所以OPC 客户端无需修改就可以与各家提供的OPC服务器进行通讯2、长庆油田SCADA系统模块化实现长庆油田的SCADA系统建设主要通过对前端生产现场数据采集链路进行数字化标准 化升级，实现标准统一的数据采集和传输过程，从油井、注水井的数据采集、到站场的 有效控制，覆盖整个作业区的数据采集与监视控制系统已基本建成基于模块化开发的 SCADA系统在保持现系统数据采集、分析、展示、转发等功能的基础上，完成了 PLC的 模块化升级和SCADA软件的模块化开发，提升了目前SCADA系统的建设、开发以及维护 效率PLC模块化升级：基于采油三厂目前在用的安控增压点PLC标准程序进行模块化开 发是为了适应长庆油出数据链优化而进行编制的一套标准程序，预留扩展接口，可根据 实际牛产需求扩展数据采集寄存器，真正做到程序的可扩展应用站点升级维护人员只 需通过在增压点卩LC的站点进行快速的程序下载、简单的程序修改、达到统一寄存器接 口、便于维护的目的SCADA软件模块化开发：实现了 SCADA系统软件在开发过程中数据采集点的建设、 客户端油水井查询、报表开发等功能的模块化，大大缩短了程序开发周期，降低了作业 区技术人员的日常维护难度，为系统的快速建设推广和稳定运行提供了坚实的技术基 础。

1.1 SCADA系统硬件模块化升级硬件模块化升级主要针对长庆油出采油三厂目前在用的多数安控系列PLC实现，是 为了适应长庆油田数据链优化而进行编制的一套标准程序，目的是通过开发一个简单的 窗口化的程序配置工具，实现程序下载、简单的程序修改、达到统一寄存器接口、便于 维护的冃的安控增压点标准化程序采用结构化程序编制的方式，将程序划分为若干个子程序， 各个程序独立承担相关的任务，完成相关功能如下图所示图2-2 PLC标准化程序结构1.1.1 SCADA系统硬件模块化程序组成标准化程序共计划分为3个子程序：RESET子程序：用于完成模块上电参数通信参数以及脉冲流量计等参数的初始化功 能，如通信端口的波特率、站号、奇偶校验位、脉冲流量计系数等进行初始化MATN子程序：该段子程序的主要思想是对PLC各种类型的TO模块进行采集和控制, 各个功能块的功能如下：AI模块利用AICJ功能块完成。