濮興林

摘要：針對吐哈油田丘陵采油廠HONEYWELL DCS自控系統(tǒng)AM（Application Module）節(jié)點(diǎn)上的CLM（Communication Link Module）平臺(tái)報(bào)警頻繁和DCS的開放性能較差的問題，對采油廠的站外BB RTU（Remote Terminer unit）控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的改造。把原BB RTU系統(tǒng)和HONEYWELL DCS系統(tǒng)連接的AM節(jié)點(diǎn)的CLM平臺(tái)處分開，增加了CITECT SCADA6上位機(jī)服務(wù)器和客戶端，利用上位機(jī)服務(wù)器R232串口和DCS的GUS6節(jié)點(diǎn)的R232串口，通過DDE使BB RTU系統(tǒng)與HONEYWELL DCS系統(tǒng)的連接，避開了CLM平臺(tái)的故障，解放了AM節(jié)點(diǎn)，從而解放了DCS系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：DCS；CITECT SCADA6；RTU輪巡；無線通訊；WEB

一、前言

丘陵采油廠從油田產(chǎn)能建設(shè)初期至今，生產(chǎn)井、測控?cái)?shù)據(jù)成倍增長，全廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)暴露出許多不足及問題，主要有：（1）系統(tǒng)通訊故障頻繁、數(shù)據(jù)掃描更新速度慢、誤報(bào)警現(xiàn)象嚴(yán)重。RTU系統(tǒng)滿容，處理速度下降，站外RTU輪巡周期由以前的3分鐘延長到現(xiàn)在的8分鐘，生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能得到及時(shí)更新。（2）DCS系統(tǒng)負(fù)擔(dān)過重。聯(lián)合站的DCS系統(tǒng)和輕烴DCS系統(tǒng)，硬件資源在建站初期冗余30%，目前資源已全部用完。同時(shí)聯(lián)合站和輕烴的APM容量不夠。DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)網(wǎng)上發(fā)布[1]。必須著手解決：

（一）系統(tǒng)通訊故障頻繁、數(shù)據(jù)掃描更新速度慢、誤報(bào)警現(xiàn)象嚴(yán)重、站外RTU輪巡周期過長問題。

（二）聯(lián)合站DCS系統(tǒng)負(fù)擔(dān)過重。

（三）DCS數(shù)據(jù)開放問題及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的WEB發(fā)布問題。

解決這些問題關(guān)鍵是解決丘陵采油廠DCS系統(tǒng)CLM平臺(tái)數(shù)據(jù)采集周期長和通訊故障問題。而這一問題關(guān)鍵是RTU系統(tǒng)的改造。

二、問題分析

（一）自控系統(tǒng)平臺(tái)CLM故障頻繁

丘陵站外RTU系統(tǒng)是一套引進(jìn)美國Bristal babcock公司的無線遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)，負(fù)責(zé)丘陵油田所有外圍站油、水、氣井生產(chǎn)信息的檢測及單量采集與控制，是油田生產(chǎn)管理的重要環(huán)節(jié)。它與聯(lián)合站HONEYWELL DCS TDC3000系統(tǒng)的通訊，是用無線數(shù)字電臺(tái)的方式，經(jīng)TDC3000的AM節(jié)點(diǎn)上的CLM通訊平臺(tái)進(jìn)行通訊的。從1995投運(yùn)以來，系統(tǒng)基本運(yùn)行正常；但從2000年以后，由于站外RTU的不斷擴(kuò)容，使TDC3000系統(tǒng)的處理量以達(dá)極限，CLM通訊平臺(tái)逐漸出現(xiàn)故障及誤報(bào)警現(xiàn)象，輪巡周期由以前的3分鐘延長至8分鐘，部分信號(hào)長達(dá)6小時(shí)上不來，CLMI平臺(tái)經(jīng)常出現(xiàn)P-FAIL、FAIL和死機(jī)，信號(hào)報(bào)錯(cuò)和失敗頻繁。雖經(jīng)過多次優(yōu)化通訊參數(shù)和通訊時(shí)間，仍無法從根本上解決信號(hào)報(bào)錯(cuò)和失敗問題，給中控室操作人員造成假象，嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)監(jiān)控，有時(shí)甚至無法監(jiān)控。受TDC3000系統(tǒng)的CLM平臺(tái)與站外通訊失敗影響，導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)HM、AM、NIM常出現(xiàn)報(bào)警故障，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅，對聯(lián)合站、輕烴裝置的監(jiān)控影響較大。

（二）DCS系統(tǒng)開放問題

聯(lián)合站的DCS TDC3000系統(tǒng)的US操作站升級(jí)為GUS工作站后，其數(shù)據(jù)的共享性能是通過DDE方式進(jìn)行的，由于采油廠站內(nèi)外的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)加一起大約要1000點(diǎn)左右，而DDE在500點(diǎn)內(nèi)的數(shù)據(jù)量下工作比較理想，所以系統(tǒng)給關(guān)鍵數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳管理層和進(jìn)行WEB發(fā)布，帶來瓶頸[2-3]。

三、改造方案

（一）方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上現(xiàn)狀及問題，從技術(shù)完善的角度出發(fā)，提出將站內(nèi)與站外監(jiān)控分離的技術(shù)思路，憑借主流SCADA上位機(jī)系統(tǒng)的支持，可實(shí)現(xiàn)與外圍站RTU高速的通訊，本次改造，主要對RTU系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行完善，解決：a.系統(tǒng)數(shù)據(jù)掃描更新速度慢、通訊故障頻繁、誤報(bào)警現(xiàn)象嚴(yán)重；b.DCS系統(tǒng)負(fù)擔(dān)太重兩大技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了以下四項(xiàng)技術(shù)目標(biāo)：

1.提高站外數(shù)據(jù)輪巡速率，使站外檢測點(diǎn)刷新頻率提高到30～60秒/次，使中控及時(shí)獲得外圍站變化數(shù)據(jù)的信息，提高安全保障性。

2.減輕外圍站數(shù)據(jù)對TDC3000系統(tǒng)的通訊壓力，使TDC3000系統(tǒng)負(fù)擔(dān)過重問題得以解決。

3.實(shí)現(xiàn)站內(nèi)站外單量數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一。

4.實(shí)現(xiàn)丘陵采油廠的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的WEB發(fā)布。

根據(jù)通訊方式及主站TDC3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變的不同，制定了以下方案。在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，增加主電臺(tái)數(shù)量實(shí)現(xiàn)分片輪巡。

主要涉及以下四方面的內(nèi)容：

1.對站外無線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新規(guī)劃、配置和參數(shù)調(diào)整，并增加主電臺(tái)數(shù)量，分片輪巡，降低輪巡時(shí)間，全面提高數(shù)據(jù)通訊速率。

2.選定SCADA上位機(jī)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有外圍站終端處理系統(tǒng)的集成。

3.實(shí)時(shí)提取站內(nèi)計(jì)量數(shù)據(jù)，送入SCADA上位機(jī)平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)站外數(shù)據(jù)的集中和系統(tǒng)的整體連接。

4.形成動(dòng)態(tài)開放數(shù)據(jù)源，為單量報(bào)表的自動(dòng)生成提供數(shù)據(jù)。

（二）單量數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的完整性保障措施

由于丘陵聯(lián)合站原系統(tǒng)中，單量數(shù)據(jù)不都是從外圍站采集，其中站內(nèi)3具計(jì)量分離器的單量數(shù)據(jù)是由TDC3000系統(tǒng)采集的，在TDC3000系統(tǒng)中，站內(nèi)采集的單量數(shù)據(jù)和外圍站采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，形成完整的單量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以完善后的系統(tǒng)，必須具備相同的功能和特點(diǎn)。

解決自控系統(tǒng)平臺(tái)CLM故障后，原來進(jìn)入TDC3000系統(tǒng)的外圍站數(shù)據(jù)就進(jìn)入SCADA上位機(jī)系統(tǒng)，將完全獨(dú)立于TDC3000系統(tǒng)，整套單量運(yùn)算及處理將在SCADA上位機(jī)系統(tǒng)上完成，所以，所有的單量采集數(shù)據(jù)（包括外圍站和站內(nèi)3具計(jì)量分離器）必須全部進(jìn)入SCADA上位機(jī)系統(tǒng)。方案設(shè)計(jì)，充分考慮了現(xiàn)TDC3000系統(tǒng)的開放功能，采用DDE數(shù)據(jù)交換形式（采用熱動(dòng)態(tài)連接交換編程策略，數(shù)據(jù)刷新率<2秒/次），方案采用OPC數(shù)據(jù)交換形式，實(shí)時(shí)提取站內(nèi)3具計(jì)量分離器的數(shù)據(jù)，并提交到SCADA上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，形成系統(tǒng)點(diǎn)，從而保證了單量數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的完整性，以上改造可以解決好丘陵采油廠DCS系統(tǒng)故障、誤報(bào)警及外圍站RTU系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳問題，投資較少，并且可以充分利用已有設(shè)備，所以我們采用了此方案。

四、方案實(shí)施

（一）上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)的確認(rèn)

由于此次項(xiàng)目對上位機(jī)系統(tǒng)的要求較高，經(jīng)對比、技術(shù)交流及經(jīng)濟(jì)等方面因素考慮，最終我們確認(rèn)上位機(jī)的平臺(tái)選用CITECT SCADA6監(jiān)控平臺(tái)，保證系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)性能及指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1.上位機(jī)系統(tǒng)的歷史記錄及報(bào)警功能。對所有點(diǎn)組態(tài)歷史記錄及報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歷史查詢和畫面的實(shí)時(shí)報(bào)警功能，歷史記錄及歷史數(shù)據(jù)的保存時(shí)間由工藝要求而定，實(shí)時(shí)報(bào)警為聲光報(bào)警，事件歷史記錄查詢。

2.數(shù)據(jù)開放。方案所選CITECT SCADA6上位機(jī)系統(tǒng)支持DDE及OPC，具備數(shù)據(jù)開放的功能以及畫面切換操作。

（二）完成CITECT SCADA6上位機(jī)系統(tǒng)與RTU DPC3330控制器的無線串行通訊

實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)與RTU系統(tǒng)的Modbus rtu協(xié)議的通訊，并完善通訊鏈路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程下載。

1.現(xiàn)狀描述。原RTU系統(tǒng)通過TDC3000系統(tǒng)的CLM進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)提交于TDC3000系統(tǒng)以GUS畫面的形式進(jìn)行監(jiān)控，目前系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了2個(gè)片區(qū)的分片輪巡，經(jīng)測試滿足要求。

2. 方案詳述。根據(jù)以上情況，結(jié)合丘陵實(shí)際情況，我們從技術(shù)角度出發(fā)，提出以下RTU 系統(tǒng)實(shí)施方案：

（1）上位機(jī)系統(tǒng)配置。上位機(jī)安裝WIN2000操作系統(tǒng)，在WIN2000系統(tǒng)上安裝CITEC上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)、OPEN BSI NETVIEW、OPC SERVE應(yīng)用平臺(tái)， 通訊波特率：9.6K。

（2）無線通訊解決策略。由于丘陵外圍站1、2計(jì)離主站較遠(yuǎn)又有山坡阻擋，所以，為了保障整套R(shí)TU系統(tǒng)的通訊，我們利用了現(xiàn)有的單井自動(dòng)化中繼塔加裝無線中繼電臺(tái)，實(shí)現(xiàn)1、2計(jì)與主站的穩(wěn)定通訊。

（3）系統(tǒng)運(yùn)行模式。系統(tǒng)采用服務(wù)器/客戶端應(yīng)用模式，中控增加兩臺(tái)工控機(jī)，一臺(tái)配置為CITECT服務(wù)及操作瀏覽器，加裝CITEC上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)、OPEN BSI NETVIEW和OPC SERVE應(yīng)用平臺(tái)，負(fù)責(zé)與站外RTU實(shí)現(xiàn)通訊獲得數(shù)據(jù)；一臺(tái)配置為CITECT瀏覽客戶機(jī)（雙網(wǎng)卡），提供給用戶操作瀏覽或網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。如圖1所示。

（4）站內(nèi)外計(jì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。解決自控系統(tǒng)平臺(tái)CLM故障后，原來進(jìn)入TDC3000系統(tǒng)的外圍站數(shù)據(jù)就進(jìn)入Citect Scada6.0上位機(jī)系統(tǒng)，將完全獨(dú)立于TDC3000系統(tǒng)，整套單量運(yùn)算及處理將在Citect Scada6.0上位機(jī)系統(tǒng)上完成，所以，所有的單量采集數(shù)據(jù)（包括外圍站和站內(nèi)3具計(jì)量分離器）全部進(jìn)入Citect Scada6.0上位機(jī)系統(tǒng)， TDC3000系統(tǒng)的開放功能是依靠DDE，采用DDE數(shù)據(jù)交換形式（采用熱動(dòng)態(tài)連接交換編程策略，數(shù)據(jù)刷新率<2秒/次）實(shí)時(shí)提取站內(nèi)3具計(jì)量分離器的數(shù)據(jù)，并提交到Citect Scada6.0上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，形成系統(tǒng)點(diǎn)，從而保證了單量數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的完整性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，系統(tǒng)示意如下：（圖1）程序工作量最大，Citect Code 語法結(jié)構(gòu)和主要函數(shù)、使用方法、各站單量數(shù)據(jù)接口表及單量程序太多，不一一列舉，例如：

CITECT Code 主要函數(shù)及使用方法：

①Sleep（秒）? ? ? ? ? ?時(shí)間延遲

sleep（1）;? //延遲1秒鐘

②Sleepms（毫秒）? ? ? 時(shí)間延遲

sleepms（500）;? //延遲500毫秒

③DDERead（”應(yīng)用程序名”，”數(shù)據(jù)源名”，”數(shù)據(jù)項(xiàng)名”）? ? ? DDE數(shù)據(jù)傳送

DDERead（"Excel"，"系統(tǒng)數(shù)據(jù)"，”R1C1”）;

從EXCEl的“系統(tǒng)數(shù)據(jù)”表格的1行1列中讀取數(shù)據(jù)

DDERead（"Excel"，"單井單量數(shù)據(jù)保持 "，”R10C2”）;

從EXCEl的“單井單量數(shù)據(jù)保持”表格的10行2列中讀取數(shù)據(jù)。

（5）外圍站單量處理。外圍站選井站的倒井信號(hào)經(jīng)無線上傳到了CITEC上位機(jī)平臺(tái)的標(biāo)簽點(diǎn)中，由CITECTCicode單量程序?qū)⑿畔l(fā)送給相應(yīng)的計(jì)量站，計(jì)量站RTU接收信息后自動(dòng)開始計(jì)量或終止計(jì)量，計(jì)量結(jié)果自動(dòng)生成并上傳到了CITEC上位機(jī)平臺(tái)的標(biāo)簽點(diǎn)中，由Citect Cicode單量程序進(jìn)行存儲(chǔ)。如圖2所示：

外圍站選井站的倒井信號(hào)經(jīng)無線上傳到了CITEC上位機(jī)平臺(tái)的標(biāo)簽點(diǎn)中，由CITECT Cicode單量程序接收信息后自動(dòng)開始計(jì)量或終止計(jì)量，計(jì)量結(jié)果自動(dòng)生成并進(jìn)行存儲(chǔ)，流量數(shù)據(jù)由TPS通過TPSDDE開放協(xié)議傳送并實(shí)現(xiàn)累積積分運(yùn)算。

3.上位機(jī)監(jiān)控畫面的瀏覽、操作模式

由于原GUS（Global User Station） 面具有操作靈活、流程形象、界面友好的特點(diǎn)，又由于CITECT與GUS均屬于32位的WINDOWS應(yīng)用平臺(tái)，所以此次外圍站完善中我們力求在CITECT系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)與GUS相同的流程圖畫面應(yīng)用，以保持操作及應(yīng)用的連續(xù)。

4.RTU、Netview、OPC Server的關(guān)系

如圖3所示：RTU負(fù)責(zé)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、處理、控制、和發(fā)送；NETVIEW對RTU進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)設(shè)置、數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)；OPC Server是用于Netview與外圍上位機(jī)平臺(tái)（如CITECT平臺(tái)）或第三方應(yīng)用程序之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的連接，OPC Server被正確設(shè)置后，會(huì)向外圍上位機(jī)平臺(tái)或第三方應(yīng)用程序提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC（OLE for Process Contol）? 協(xié)議，實(shí)現(xiàn)外圍上位機(jī)平臺(tái)或第三方應(yīng)用程序與Netview的數(shù)據(jù)連接，OPC Server點(diǎn)接口表一經(jīng)建立，在外圍上位機(jī)平臺(tái)（如Citect平臺(tái)）或第三方應(yīng)用程序向NetView提出連接請求時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，無需再做工作。如圖4所示。

5.完成單量報(bào)表接口配置及調(diào)試

報(bào)表接口主要保持原有系統(tǒng)的應(yīng)用，在CITECT系統(tǒng)中為報(bào)表專配了數(shù)據(jù)表，與原系統(tǒng)保持一致，通過Cicode代碼實(shí)時(shí)寫入單量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了報(bào)表接口和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。CITECT服務(wù)器與CITECT客戶端通過TCP/IP組成網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，與TDC3000系統(tǒng)的上位機(jī)通過串行電纜相連，實(shí)現(xiàn)了主從數(shù)據(jù)交換及與老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

五、結(jié)語

此次改造在滿足生產(chǎn)運(yùn)行、工藝要求的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)手段充分地利用了現(xiàn)有資源，提高了站外數(shù)據(jù)輪巡速率，使站外檢測點(diǎn)刷新頻率提高到30～60秒/次，使中控及時(shí)獲得外圍站變化數(shù)據(jù)的信息，提高安全保障性；減輕外圍站數(shù)據(jù)對TDC3000系統(tǒng)的通訊壓力，使TDC3000系統(tǒng)的滿容的問題得以解決；實(shí)現(xiàn)站內(nèi)站外單量數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一；實(shí)現(xiàn)丘陵采油廠的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的WEB發(fā)布。充分應(yīng)用了INTERNET網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，為全廠信息一體化，油公司的數(shù)字化油田建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。H

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