崔 勇,王雙明

1.陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,陜西西安 710065

2.西安歐亞學(xué)院,陜西西安 710065

油田信息系統(tǒng)中SCADA與WebGIS集成的實(shí)現(xiàn)

崔 勇1,王雙明2

1.陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,陜西西安 710065

2.西安歐亞學(xué)院,陜西西安 710065

本課題是基于長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠信息系統(tǒng)項(xiàng)目為背景展開(kāi)研究的，通過(guò)建立油田WebGIS系統(tǒng)，使得油田管理信息化、可視化，同時(shí)集成SCADA系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)油田生產(chǎn)過(guò)程。

信息系統(tǒng)；WebGIS；SCADA

隨著油田開(kāi)發(fā)時(shí)間的增長(zhǎng)，我國(guó)中西部及東部的油氣田大部分己經(jīng)進(jìn)入了中后期開(kāi)發(fā)階段，在整個(gè)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，積累了大量的包括各種地質(zhì)圖件在內(nèi)的地質(zhì)信息和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)管理信息，這些信息的綜合應(yīng)用對(duì)油氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)具有很重要的意義。因此，在石油行業(yè)，利用先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)這些圖形、圖像信息進(jìn)行有效而便捷地存儲(chǔ)和應(yīng)用已成了擺在軟件開(kāi)發(fā)人員面前的重大課題。在國(guó)外，不少石油軟件公司，如GeoQuest，Landmark都努力使自己的軟件集成化形成所謂的油氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)“一體化”解決方案。而國(guó)內(nèi)信息管理的軟件尚未做到與具體的空間位置關(guān)聯(lián)，亦不能進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本課題是基于長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠信息系統(tǒng)項(xiàng)目為背景展開(kāi)研究的，本文通過(guò)建立油田WebGIS系統(tǒng)，使得油田管理信息化、可視化，同時(shí)集成SCADA系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)油田生產(chǎn)過(guò)程。

SCADA是英文“Supervisory Control and Data Acquisition”的縮寫(xiě)，意即“監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集”。SCADA系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，可以完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸、對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的控制，并對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)的監(jiān)視；從而為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)。SCADA系統(tǒng)可以分為兩部分：一是分步式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通常稱(chēng)之為下位機(jī)；另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機(jī)HMI (Human Machine Interface，人機(jī)界面)系統(tǒng)，本章研究的SCADA模塊是指后者。

1 SCADA與WebGIS集成的原因及方式

SCADA系統(tǒng)通常應(yīng)用于工業(yè)控制管理，由于其自身原因，在廣泛應(yīng)用方面存在一定局限性。其局限性如下：

1）SCADA系統(tǒng)在使用時(shí)必須安裝專(zhuān)業(yè)的客戶端程序，配置復(fù)雜操作繁瑣，相對(duì)于用戶僅僅查看信息的需求而言比較復(fù)雜；

2）目前，采氣一廠由于考慮到網(wǎng)絡(luò)安全方面的要求，對(duì)整個(gè)廠區(qū)內(nèi)的IP段進(jìn)行了劃分，某些部門(mén)和管理人員無(wú)法訪問(wèn)當(dāng)前SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)；

3）為了保證信息數(shù)據(jù)的安全性，在Internet網(wǎng)絡(luò)安全訪問(wèn)方面采用了防火墻，如果其他外網(wǎng)客戶訪問(wèn)油田數(shù)據(jù)只能通過(guò)Http方式，其他方式被禁止；

4）SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，其保存有一定的時(shí)限。

由于以上幾點(diǎn)問(wèn)題，如何將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源真正的用于生產(chǎn)，杜絕信息孤島，已經(jīng)成為SCADA系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的瓶頸。

Web信息數(shù)據(jù)發(fā)布可以解決當(dāng)前SCADA系統(tǒng)面臨的信息發(fā)布問(wèn)題，通過(guò)SCADA數(shù)據(jù)監(jiān)控服務(wù)，實(shí)時(shí)的將系統(tǒng)中用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)讀取到其他數(shù)據(jù)庫(kù)，并將該數(shù)據(jù)通過(guò)Web方式進(jìn)行分發(fā)。從而解決信息數(shù)據(jù)發(fā)布的問(wèn)題，也能夠保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的安全性，該處理方式不影響SCADA系統(tǒng)本身，也能夠解決SCADA數(shù)據(jù)的備份。

采用WebGIS中的圖像發(fā)布程序可以將專(zhuān)業(yè)的SCADA流程圖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，從而解決了不必要的圖像處理過(guò)程，降低成本，而且能夠達(dá)到及時(shí)更新圖像的問(wèn)題。并且可以通過(guò)瀏覽器進(jìn)行地理查詢，用戶可以很直觀的查看到整個(gè)廠區(qū)的各個(gè)設(shè)備單元的生產(chǎn)情況。通過(guò)和各項(xiàng)報(bào)表數(shù)據(jù)的結(jié)合，使生產(chǎn)管理者能夠更好的應(yīng)用和決策。

實(shí)現(xiàn)SCADA與WebGIS集成主要在于數(shù)據(jù)共享，就是要解決SCADA與WebGIS數(shù)據(jù)格式不一致的問(wèn)題。數(shù)據(jù)格式一致了兩個(gè)系統(tǒng)可以互相轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，用戶只需要維護(hù)一次就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這樣可以減少數(shù)據(jù)冗余，減輕用戶工作量。

2 集成技術(shù)研究

SCADA與WebGIS的集成有兩種結(jié)構(gòu)：緊密集成結(jié)構(gòu)和松散集成結(jié)構(gòu)。

1）緊密集成結(jié)構(gòu)

在這種結(jié)構(gòu)中，SCADA系統(tǒng)與WebGIS系統(tǒng)緊密集成。SCADA系統(tǒng)只提供基本的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控服務(wù)，既不運(yùn)行維護(hù)界面，也不對(duì)網(wǎng)絡(luò)建模。只是作為后臺(tái)系統(tǒng)向WebGIS提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。接受WebGIS系統(tǒng)的命令進(jìn)行遙控操作。SCADA也可將表示層的應(yīng)用，譬如圖形、報(bào)表、曲線和告警等，集成在WebGIS系統(tǒng)中。

2）松散集成結(jié)構(gòu)

在這種結(jié)構(gòu)中，SCADA系統(tǒng)與WebGIS系統(tǒng)耦合較為松散。SCADA作為一個(gè)獨(dú)立的平臺(tái)存在，所有SCADA的功能都要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，只是監(jiān)控的對(duì)象由廠站內(nèi)相對(duì)集中的設(shè)備擴(kuò)充到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。SCADA系統(tǒng)與WebGIS系統(tǒng)或其他系統(tǒng)通過(guò)交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集成。

集成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩部分。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括采集量、計(jì)算量等；靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等。作為一體化數(shù)據(jù)，這兩類(lèi)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)各模塊是統(tǒng)一存取的。由于WebGIS在普通數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)上增加了空間信息，其數(shù)據(jù)管理、組織能力較以往強(qiáng)大。WebGIS系統(tǒng)建立和管理的數(shù)據(jù)綜合了空間信息和設(shè)備信息，既能方便的進(jìn)行查詢和管理，由能為其他應(yīng)用提供一個(gè)具有空間信息的網(wǎng)絡(luò)模型，為自動(dòng)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)。SCADA則作為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的組織者，負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和更新等。

WebGIS以地理信息為基礎(chǔ)，將設(shè)備信息和用戶的地理位置信息等聯(lián)系起來(lái)，并將動(dòng)態(tài)信息、用戶屬性等建立關(guān)聯(lián)。

3 SCADA與WebGIS集成的實(shí)現(xiàn)

3.1 基于接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)SCADA與WebGIS的集成

油田信息系統(tǒng)中的WebGIS不是單純的GIS，它需要與企業(yè)現(xiàn)有的其他信息“無(wú)縫連接”。也就是說(shuō)，要在數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和其他系統(tǒng)或第三方工具之間運(yùn)用一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的約定或接口，只有遵循了這樣的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)才能集成WebGIS與SCADA系統(tǒng)。

基于接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)SCADA與WebGIS的集成，步驟如下：

1）聯(lián)系建立

利用在系統(tǒng)平臺(tái)上安裝的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件Oracle，將PLC設(shè)備采集來(lái)的原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存到SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)ODBC方式就可以訪問(wèn)SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)中的這一部分?jǐn)?shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)傳遞

對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)提供的COM服務(wù)來(lái)訪問(wèn)，通用的開(kāi)發(fā)環(huán)境都能夠訪問(wèn)到此服務(wù)。

3）數(shù)據(jù)監(jiān)控

利用現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制功能，取得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，配合WebGIS中相關(guān)數(shù)據(jù)，將設(shè)備信息發(fā)布到Web頁(yè)面。

SCADA系統(tǒng)與WebGIS系統(tǒng)進(jìn)行通信，在WebGIS上顯示SCADA數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)控。若WebGIS系統(tǒng)中的操作影響SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化，SCADA系統(tǒng)根據(jù)WebGIS標(biāo)示讀取并更新數(shù)據(jù)，保證集成系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的一致性和唯一性。

考慮數(shù)據(jù)采集過(guò)程的重復(fù)性，對(duì)于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，每隔一段時(shí)間采集一次數(shù)據(jù)，就可能出現(xiàn)一個(gè)重復(fù)采集的問(wèn)題，所以應(yīng)將采集來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。由SCADA系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供接受實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，WebGIS系統(tǒng)根據(jù)具體要求動(dòng)態(tài)加載，并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取服務(wù)是整個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的保證，通過(guò)SCADA系統(tǒng)提供的SDK，可以很方便的將設(shè)備信息數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，但如何高效率的讀取數(shù)據(jù)和發(fā)布數(shù)據(jù)是這個(gè)服務(wù)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

SCADA數(shù)據(jù)讀取具體實(shí)現(xiàn)如下：

通過(guò)SCADA系統(tǒng)提供的VBA方式對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。

’根據(jù)傳入的點(diǎn)的范圍讀取制定數(shù)據(jù)點(diǎn)的參數(shù)

3.2 WebGIS中SCADA數(shù)據(jù)的讀取

在本系統(tǒng)中通過(guò)調(diào)用HoneyWell公司提供的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，讀取SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并在流程圖中顯示出來(lái)。

3.2.1 程序邏輯

1）通過(guò)對(duì)SCADA系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)界面進(jìn)行圖庫(kù)建立，通過(guò)影像圖配置模塊實(shí)現(xiàn)；

2）對(duì)各個(gè)影像圖中數(shù)據(jù)熱點(diǎn)位置進(jìn)行部署；

3）通過(guò)SCADA數(shù)據(jù)監(jiān)控服務(wù)實(shí)時(shí)讀取各個(gè)SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)；

4）采用IE瀏覽器中圖層方式進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，保證了程序頁(yè)面無(wú)閃爍。

圖1 SCADA數(shù)據(jù)顯示程序邏輯

3.2.2 程序代碼

SCADA數(shù)據(jù)配置和顯示的導(dǎo)航，在Struts中Action的實(shí)現(xiàn)方法如下：

通過(guò)SCADA接口，對(duì)應(yīng)的將各個(gè)站點(diǎn)、及站點(diǎn)內(nèi)的設(shè)備（目前由于地圖信息不完整，只能做到站點(diǎn)，站點(diǎn)內(nèi)的設(shè)備地圖需要后期完成）情況進(jìn)行查看。真正的實(shí)現(xiàn)了地理、生產(chǎn)、設(shè)備三位一體的關(guān)聯(lián)。SCADA數(shù)據(jù)顯示界面如圖2 。

圖2 SCADA數(shù)據(jù)顯示界面

[1]吳靜.勝利油田ERP實(shí)施和全面信息化建設(shè)研究[D].中國(guó)石 油大學(xué)，2007.

[2]藍(lán)景英.軟件集成測(cè)試研究[J].北京：信息技術(shù)，2006 (3)：101.

[3]左聲偉.基于SCADA和GIS技術(shù)的供水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)[J].平 頂山工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，1.

[4]朱毅.GIS與SCADA集成中數(shù)據(jù)一體化技術(shù)的研究[J].計(jì)算 機(jī)與數(shù)字工程，2007，35.

[5]劉亞新.GIS與SCADA集成技術(shù)研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007， 8.

TE9 ，TP315

A

1674-6708（2010）24-0196-03