油田信息系统中SCADA与WebGIS集成的实现

崔 勇,王双明

1.陕西中烟工业有限责任公司,陕西西安 710065

2.西安欧亚学院,陕西西安 710065

油田信息系统中SCADA与WebGIS集成的实现

崔 勇1,王双明2

1.陕西中烟工业有限责任公司,陕西西安 710065

2.西安欧亚学院,陕西西安 710065

本课题是基于长庆油田分公司第一采气厂信息系统项目为背景展开研究的，通过建立油田WebGIS系统，使得油田管理信息化、可视化，同时集成SCADA系统，动态监测油田生产过程。

信息系统；WebGIS；SCADA

随着油田开发时间的增长，我国中西部及东部的油气田大部分己经进入了中后期开发阶段，在整个生产开发过程中，积累了大量的包括各种地质图件在内的地质信息和开发生产管理信息，这些信息的综合应用对油气开发生产具有很重要的意义。因此，在石油行业，利用先进的软件开发技术，对这些图形、图像信息进行有效而便捷地存储和应用已成了摆在软件开发人员面前的重大课题。在国外，不少石油软件公司，如GeoQuest，Landmark都努力使自己的软件集成化形成所谓的油气开发生产“一体化”解决方案。而国内信息管理的软件尚未做到与具体的空间位置关联，亦不能进行生产过程的实时监控。

本课题是基于长庆油田分公司第一采气厂信息系统项目为背景展开研究的，本文通过建立油田WebGIS系统，使得油田管理信息化、可视化，同时集成SCADA系统，动态监测油田生产过程。

SCADA是英文“Supervisory Control and Data Acquisition”的缩写，意即“监视控制和数据采集”。SCADA系统是建立在计算机基础之上的自动化监控系统，可以完成对现场数据的实时采集和传输、对工业现场进行本地或远程的控制，并对工艺流程进行全面、实时的监视；从而为生产、调度和管理提供必要的数据。SCADA系统可以分为两部分：一是分步式的数据采集系统，即智能数据采集系统，通常称之为下位机；另一个是数据处理和显示系统，即上位机HMI (Human Machine Interface，人机界面)系统，本章研究的SCADA模块是指后者。

1 SCADA与WebGIS集成的原因及方式

SCADA系统通常应用于工业控制管理，由于其自身原因，在广泛应用方面存在一定局限性。其局限性如下：

1）SCADA系统在使用时必须安装专业的客户端程序，配置复杂操作繁琐，相对于用户仅仅查看信息的需求而言比较复杂；

2）目前，采气一厂由于考虑到网络安全方面的要求，对整个厂区内的IP段进行了划分，某些部门和管理人员无法访问当前SCADA数据库；

3）为了保证信息数据的安全性，在Internet网络安全访问方面采用了防火墙，如果其他外网客户访问油田数据只能通过Http方式，其他方式被禁止；

4）SCADA系统数据为实时监控数据，其保存有一定的时限。

由于以上几点问题，如何将现有的数据资源真正的用于生产，杜绝信息孤岛，已经成为SCADA系统广泛应用的瓶颈。

Web信息数据发布可以解决当前SCADA系统面临的信息发布问题，通过SCADA数据监控服务，实时的将系统中用户关心的数据读取到其他数据库，并将该数据通过Web方式进行分发。从而解决信息数据发布的问题，也能够保证实时数据的安全性，该处理方式不影响SCADA系统本身，也能够解决SCADA数据的备份。

采用WebGIS中的图像发布程序可以将专业的SCADA流程图进行网络发布，从而解决了不必要的图像处理过程，降低成本，而且能够达到及时更新图像的问题。并且可以通过浏览器进行地理查询，用户可以很直观的查看到整个厂区的各个设备单元的生产情况。通过和各项报表数据的结合，使生产管理者能够更好的应用和决策。

实现SCADA与WebGIS集成主要在于数据共享，就是要解决SCADA与WebGIS数据格式不一致的问题。数据格式一致了两个系统可以互相转换数据，用户只需要维护一次就能实现数据共享。这样可以减少数据冗余，减轻用户工作量。

2 集成技术研究

SCADA与WebGIS的集成有两种结构：紧密集成结构和松散集成结构。

1）紧密集成结构

在这种结构中，SCADA系统与WebGIS系统紧密集成。SCADA系统只提供基本的数据采集和监控服务，既不运行维护界面，也不对网络建模。只是作为后台系统向WebGIS提供实时数据。接受WebGIS系统的命令进行遥控操作。SCADA也可将表示层的应用，譬如图形、报表、曲线和告警等，集成在WebGIS系统中。

2）松散集成结构

在这种结构中，SCADA系统与WebGIS系统耦合较为松散。SCADA作为一个独立的平台存在，所有SCADA的功能都要求系统实现，只是监控的对象由厂站内相对集中的设备扩充到现场设备。SCADA系统与WebGIS系统或其他系统通过交换实时数据实现集成。

集成系统的数据可以分为静态数据和动态数据两部分。动态数据包括采集量、计算量等；静态数据主要包括设备的属性数据、用户数据等。作为一体化数据，这两类数据对系统各模块是统一存取的。由于WebGIS在普通数据管理的基础上增加了空间信息，其数据管理、组织能力较以往强大。WebGIS系统建立和管理的数据综合了空间信息和设备信息，既能方便的进行查询和管理，由能为其他应用提供一个具有空间信息的网络模型，为自动化管理提供基础数据平台。SCADA则作为动态数据的组织者，负责动态数据的采集、存储和更新等。

WebGIS以地理信息为基础，将设备信息和用户的地理位置信息等联系起来，并将动态信息、用户属性等建立关联。

3 SCADA与WebGIS集成的实现

3.1 基于接口技术实现SCADA与WebGIS的集成

油田信息系统中的WebGIS不是单纯的GIS，它需要与企业现有的其他信息“无缝连接”。也就是说，要在数据库平台和其他系统或第三方工具之间运用一种工业标准的约定或接口，只有遵循了这样的工业标准才能集成WebGIS与SCADA系统。

基于接口技术实现SCADA与WebGIS的集成，步骤如下：

1）联系建立

利用在系统平台上安装的数据库软件Oracle，将PLC设备采集来的原始监测数据保存到SCADA数据库中，通过ODBC方式就可以访问SCADA数据库中的这一部分数据。

2）数据传递

对于实时数据，可以通过系统平台提供的COM服务来访问，通用的开发环境都能够访问到此服务。

3）数据监控

利用现有的SCADA系统自动监测和自动控制功能，取得监测数据，配合WebGIS中相关数据，将设备信息发布到Web页面。

SCADA系统与WebGIS系统进行通信，在WebGIS上显示SCADA数据，进行监控。若WebGIS系统中的操作影响SCADA系统数据发生变化，SCADA系统根据WebGIS标示读取并更新数据，保证集成系统中数据的一致性和唯一性。

考虑数据采集过程的重复性，对于动态数据，每隔一段时间采集一次数据，就可能出现一个重复采集的问题，所以应将采集来的实时数据与原始数据进行比对。由SCADA系统负责提供接受实时数据的动态链接库，WebGIS系统根据具体要求动态加载，并获取实时数据。

SCADA系统数据读取服务是整个系统中数据的保证，通过SCADA系统提供的SDK，可以很方便的将设备信息数据进行读取，但如何高效率的读取数据和发布数据是这个服务最关键的环节。

SCADA数据读取具体实现如下：

通过SCADA系统提供的VBA方式对其数据进行读取。

’根据传入的点的范围读取制定数据点的参数

3.2 WebGIS中SCADA数据的读取

在本系统中通过调用HoneyWell公司提供的数据访问接口，读取SCADA实时数据并在流程图中显示出来。

3.2.1 程序逻辑

1）通过对SCADA系统中的业务界面进行图库建立，通过影像图配置模块实现；

2）对各个影像图中数据热点位置进行部署；

3）通过SCADA数据监控服务实时读取各个SCADA数据库中的数据；

4）采用IE浏览器中图层方式进行数据刷新，保证了程序页面无闪烁。

图1 SCADA数据显示程序逻辑

3.2.2 程序代码

SCADA数据配置和显示的导航，在Struts中Action的实现方法如下：

通过SCADA接口，对应的将各个站点、及站点内的设备（目前由于地图信息不完整，只能做到站点，站点内的设备地图需要后期完成）情况进行查看。真正的实现了地理、生产、设备三位一体的关联。SCADA数据显示界面如图2 。

图2 SCADA数据显示界面

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