基于以太网的油田SCADA系统

本系统通过运行于监控工作站的Think&Do应用软件,以50ms的扫描速率对所有I/O数据进行刷新并将所有数据分类保存在文本文件(.TXT)中｡同时,利用Think&Do开发出良好的人机界面,用以显示实时数据和控制设备;利用它的RUN模块可运行外部可执行文件(.EXE)的功能,用VB开发一些产生特殊报表和界面的程序(例如示功图的绘制程序),以满足用户的需要｡VB和Think&Do之间的实时数据交换是通过COM组件实现的｡监控工作站上的原始数据通过100M以太网及时传送给数据服务器以备上一级查询,它们之间可通过DCOM标准接口或Think&Do的TnDNTag控件进行实时数据通信｡数据服务器和厂部及作业区之间采用C1ient/Server模式,通过VB开发的远程登陆程序,可实现对数据的查询或下达调控指令｡

1.4 示功图的监测

所谓示功图就是以采油机光杆所承受的负荷为Y轴,以光杆的位移为X轴所绘制的平面图｡示功图对油田极为重要,应用示功图的比较和分析诊断技术,对深井泵和油层生产状况进行分析,可达到优化抽油机井控制模式和参数的目的｡本系统的任务之一就是将示功图实时､动态地显示出来｡根据采油机的结构特点,在光杆上安装了负荷传感器,而编码器安装在采油机曲柄轴上｡显然,这样得到的是角位移的编码,必须将它转换为光杆的线位移｡现场RTU将负荷传感器和编码器信号通过Ethernet 送至监控工作站,Think&Do监控程序将扫描到的编码信号通过Calculation模块转换为光杆的位移坐标｡有了负荷和光杆的位移值,通过VB绘制图形是轻而易举的事情｡如上所述,VB和Think&Do通过COM接口可进行实时数据通信,利用VB的Picture控件和Timer控件?Interval属性设为50ms,与Think&Do扫描频率同步 ,便可绘制出实时､动态的示功图曲线,如图3所示｡实践证明,本系统绘制的示功图与油田的专用测井仪器测出来的示功图完全吻合｡


2 系统所实现的功能及系统特点

2.1 系统的功能

在这个SCADA系统中,监控工作站直接参与被监控对象的检测､监督和控制,主要有以下四方面的功能:

(1)数据采集与处理功能

系统对被监控对象(负荷､温度､压力､流量､液位等)进行数据采集和必要的预处理,并将采集的结果以一定的形式输出?如打印报表和通过CRT屏幕进行显示 ｡

(2)故障诊断功能

故障主要包括参数越限､非法闯入和设备故障等,系统可根据实际监控过程的需要及监控进程的情况,对运行状态的信息进行分析,给出故障类型､出错位置和出错原因,并以图､文､声等多种形式及时作出报警｡

(3)数据库功能

数据库功能是将检测的实时数据､人工输入的数据等信息进行分析､归纳､整理､计算等二次加工,并制成实时和历史数据库加以存储｡

(4)控制功能

控制功能主要是实现对采油机的远程控制及自动启停,在检测的基础上进行信息加工,根据事先决定的控制策略形成控制输出,直接作用于被控对象｡

2.2 系统的特点

与传统的监控系统相比,本SCADA系统有以下特点:

(1)开放性

整个系统的各个层次都建立在Ethernet和TCP/IP协议之上,并采用基于PC机的控制方式｡它实现了办公自动化与工业自动化的无缝结合,其良好的互联性和可扩展性使之成为一种真正意义上全开放的网络体系结构｡

(2)实时性和可靠性

以太网极高的数据传输速率､数据交换技术和Think&Do软件50ms的扫描频率,保证了系统的实时性;TCP/IP以太网通讯协议以及多方面的抗干扰措施?信号隔离和屏蔽等 给数据的保护提供了强大的安全性和可靠性｡

(3)可维护性

Think&Do软件具有自诊断功能,若远程RTU上的模块插错或有故障,均会被总控室监控计算机自动诊断出来｡RTU支持热插拔,单个模块的故障不会影响整个系统的运行｡

(4)可扩充性

系统全部采用模块化设计方法,系统扩充､I/O扩展都非常方便｡远程RTU全部采用标准的输入输出信号,功能扩充非常简便｡

本文介绍的基于以太网的SCADA系统已经在某油田运行｡实际运行证明,该系统使油井的日常管理发生了质的变化,从井口示功图采集､油井自动计量到启停等所有操作控制,都由系统远程实现,实现了无人值守,大大降低了劳动强度,提高了生产效率,取得了相当可观的经济效益｡