【获奖报告】InduSoft在低效油田供热站SCADA系统应用

1 概述
随着现代油田信息自动化进程的加快，企业逐渐将管理、决策、市场信息和现场控制信息结合起来，实现ERP(Enterprise Resource Planning)、MES(Manufacturing Execution system)、PCS(Process Control System)三层信息一体化的解决方案。同时，企业内部之间以及与外部交换信息的需求也在不断扩大，现代油田企业对生产的管理要求不断提高，这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，同时还要求把现场信息和管理信息结合起来，建立一套全集成的、开放的、全油田综合自动化的信息平台，把企业的横向通信(同一层不同节点的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起，通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理，形成一个意义更广泛的综合管理系统。
2 现状分析
低效油田供热站位于距克拉玛依市区东侧约五公里处，有两座简配供热站和一座中心站。简配供热站配有两台高压注汽锅炉设备、一个油泵房、一套供配电系统，各控制系统相互独立。中心站内配有两台高压注汽锅炉设备、水处理设备、水质脱氧设备，各控制系统相互独立。1#、2#简配供热站距中心站分别为3公里和5公里。
设计单位在考虑系统设计和设备选型时往往只着眼于某一个供热站，而忽视了与整个调度自动化系统的接口问题，由于很多产品没有内置国际主流的工业以太网通讯协议如ModbusTCP/IP等，无法做到现场控制层和网络直接通讯的功能以及控制器不具备多种通讯方式的架构。（如一个小控制系统具有2个RS232/485口和1个以态网口），造成现场实时数据无法远程监控和后期改造费用高的情况，若在后期改造时硬件通讯转换器和原系统兼容性不好将造成整个SCADA系统的数据可靠性、实时性、完整性、同一性差、数据格式不统一进入数据库的数据误差大，后期无法使用，呈现出一个个自动化的孤岛，制约这数字化油田的发展。
3 项目建设目标
为了发挥SCADA系统的快速协调、监管、调控作用，同时给运行管理人员提供热站的各种实时信息(炉膛压力、水罐液位、烟气温度、水量、火量等)，并对供热站进行调度决策管理和控制，保证供热站安全运行，提高供热质量和改善供热运行的经济性，为提高原油产量提供可靠的保障，同时为数字化油田建设奠定基础，有必要建设供热SCADA自动化系统。 本次设计将低效油田SCADA自动化系统建设项目主要分为三个部分。
调度控制中心（MCC）网络中的主要设备有SCADA实时服务器、历史数据服务器、Web服务器、操作员工作站、工程师工作站、培训员工作站、打印机、网络路由设备、前置通讯处理器。
3.1.1 SCADA实时服务器
SCADA实时数据服务器是上位监控软件INDUSOFT服务器端的运行平台，负责处理、存储、管理从各供热站控制系统传送来的实时数据，同时又为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。作为控制网络上的I/O Server，同时又是控制网络中的Alarm Server、Trend Server、Report Server，SCADA实时服务器是本系统的数据处理中心，它将担负整个系统的实时数据的存储和处理，是整个系统的数据集散地，因此具有十分重要的地位。从安全性、可靠性的角度出发我们在控制中心设置两台双向冗余SCADA实时服务器，充分利用INDUSOFT的标准功能实现I/O Server冗余、报警冗余、趋势冗余、报表冗余并都能自动平衡负载，两台服务器间切换在后台自动完成，并且是无缝自动切换，实时数据服务器间的切换不会导致数据丢失。
3.1.2 Web服务器
Web服务器为整个SCADA系统提供Web服务，它利用Microsoft的Internet信息服务（IIS），将历史数据提供给瘦客户以IE形式分析和浏览历史数据。Web服务器以网站的形式为MIS、OA等系统提供生产信息。它也是SCADA系统与信息管理系统（MIS）、办公自动化系统（OA）的衔接点。
SCADA系统的Web服务器可提供报警、历史数据、报表、企业管理和办公数据分析等内容显示，并且支持XML格式。
3.1.3 操作员工作站
操作员工作站是操作员与调度控制中心计算机监控系统的人机接口，它在调度控制中心计算机监控系统中作为客户机，操作员通过它可以详细了解有关供热站的生产运行状态，并下达调度控制指令；操作员工作站通过以太网与SCADA服务器互连并交换信息。
3.1.4 工程师工作站
工程师工作站是系统工程师的重要操作平台,同时也可兼作SCADA系统的操作员工作站。系统工程师可以通过该工作站对计算机系统的应用软件及数据库等进行维护和修改，包括对RTU、PLC的组态以及组态程序的下载、SCADA系统的诊断、网络的监视和管理等，同时还可以对SCADA系统进行再开发。
调度控制中心的工程师站计算机采用中文版Windows XP Professional SP2操作系统。工程师工作站上安装运行INDUSOFT客户端监控软件，注册点数为1500点，用于INDUSOFT的组态和维护。
4 INDUSOFT软件平台
任何人都更深刻地认识到，控制系统的核心在于具有创造性的软件，INDUSOFT上位软件已经取得全球广泛的认可，甚至正在成为世界上一些地区的一种工业标准。INDUSOFT一种领先的工业自动化信息管理软件，提供简单、集成的方案，以低廉的费用处理来自全SCADA系统的所有控制和需求。
其主要特点体现在：
* 可伸缩性结构：系统采用客户/服务器体系结构可随意灵活、方便的扩展。
* 开放性：INDUSOFT内置近700种协议，包括ControlNet、DNP3、PROFIBUS、HART、CANBUS、LonWorks、Modbus，支持    各种I/O设备，如：RTU、控制器、分析仪、远程终端等。
* 软件设计、系统组态、实时采样等均采用模块化设计，INDUSOFT支持在线组态，即在不影响操作的情况下，允许全部或部分应用程序进行修改。
* 支持ODBC、OPC、API、DDE等标准数据交换方式。
* 多媒体应用：能直接播放声音、视频文件，支持故障、报警等信息的语音提示或实时显示来自摄像机的视频图象；
* 帮助系统：能随时提供在线帮助。
4.1  INDUSOFT软件功能
4.11 数据采集
?   模拟量采集主要包括：温度、压力、流量、液位、火量、泵前后端温度等。
?   状态量的采集主要包括：开关位置、电机运行停止状态等。
?   累计量的采集主要包括：流量累计、电量累计等。
4.1.2 HMI（人机界面）
人机界面采用统一的Windows风格
4.1.3 系统报警
当供热系统中任一设参数（如温度、压力、流量等）发生异常或事故时发出警报。
1）报警模式和信息控制
*  报警有以下几种：越限报警、变位报警、事故报警、工况报警
*  报警模式以下几种：画面闪烁、文字报警、报警表显示、打印报警内容、音响报警、语音报警。
2）报警的保存：报警方式可以由运行人员设置和试验，也可以被禁止，系统的报警和事件信息可以长期保存在INDUSOFT数据库中。
3）事件报警查询
*  系统的报警和事件信息可以按事件类型、设备类型、时间、日期、所在站等多种方式进行分类查询。
4）报警内容
*  报警设置多个限值。当下列事件发生时，系统用汉字在CRT的报警区域上显示报警信息，打印报警信息并将报警信息写入数据库：
*  供热设备的状态改变、或多个设备状态组合变化。如开关变位。
*  供热系统发生故障。
*  测量值和计算值达到报警极限。
*  数据采集装置异常和故障。
*  通信通道异常。
*  用户定义的组合告警
*  用户可以预先定义告警事件的类别和级别以及选择告警方式。
4.1.4 报表
报表内也可以包含操作指令来改变在现场的操作变量，下载指令，进行诊断，改变数值等等。在报表运行时也可以在页面实时显示或打印输出或保存在硬盘中日后再打印。也可以使用文本编辑器或文字处理工具来观看报表，编辑或打印。报表也可以被自动输出到SQL数据库和任何ODBC兼容的数据库。另一方面你的报表也可以用HTML格式来保存，这样他们也可以在Internet上进行浏览，使用标准的浏览器。
4.1.5  趋势
INDUSOFT的分散趋势系统处理着大量的变量而无需协调性能和数据的完整性。从预定义的趋势页面中选择一个趋势，你就会在高度用户化的页面中看到清晰的趋势数据。
任何现场的变量都可以做为趋势变量记录。一个趋势是根据一个变量（温度、压力、流量等）的变化或一个设备的过程是怎样进行来创建一个随时间变化的图形。