ControX2000组态软件用于油田生产监控管理信息系统∗

2015-02-08杨森1南开大学软件学院2天津电子信息职业技术学院

油气田地面工程 2015年3期

杨森1南开大学软件学院2天津电子信息职业技术学院

杨森1；21南开大学软件学院2天津电子信息职业技术学院

组态软件应用于油田生产监控管理信息系统时要根据软件形态、功能和油田监控需要进行系统设计，主要实现对现场生产设备和工艺状态的监测、监控、数据传输、远程控制和管理。本文所应用的组态软件主要是基于Windows的ControX2000，以此软件为开发平台进行油田生产监控管理信息系统设计开发。应用组态软件进行设计时主要考虑实时数据库系统设计、图形界面开发设计、OPC数据包设计和网络发布四个方面，根据组态软件应用于油田生产监控管理信息系统的设计和系统结构组成，可以看出该系统组态功能包括过程控制、顺序控制、数据库管理、历史库管理、图形功能、数据报表管理等。

组态软件；油田生产；监控；信息系统

油田开发生产过程中具有大量的数据需要及时采集和记录处理，以此分析现场生产状况并供油田生产管理部门进行决策，这就需要科学有效的现场监控管理信息系统对数据进行收集、分类、处理[1]。传统的信息管理系统对现场越来越多的数据缺乏准确和直观的分析判断，不能完全反映出油田现场生产过程和动态变化情况，这就需要新的技术手段完成该项功能。

随着油田生产自动化程度和信息化水平越来越高，组态软件也逐步应用到油田生产监控管理中，通过组态软件和生产管理信息系统的集成，不但可以直观、动态地统计分析油田生产过程中的相关数据情况，还可以解决油田传统管理系统兼容性差、扩展性低的问题[2]。

本文对由组态软件集成的监控管理信息系统进行设计，分析组态软件系统平台的功能，并将其应用于监控管理信息系统。

1 组态软件结构

HMI组态监控软件是数据采集与过程控制的专用软件，它处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用比较灵活的组态方式为用户提供组建工业监控系统的软件工具[3]。它是一种基于计算机操作系统的软件平台，允许用户在图像界面下对所需控制的工业系统进行数据采样、输入输出、设备运转监控、控制回路、文件报警、报表生成、网络设备、控制策略和生成过程工艺画面进行自定义[4]。

本文所应用的组态软件主要是基于Windows的ControX2000，以此软件为开发平台进行油田生产监控管理信息系统设计开发。ControX2000组态软件内部采用的Client/Server体系结构，用户可以在系统网络的各个管理或操作电脑上获取监控系统的实时信息。该组态软件的结构主要由三层组成，如图1所示。

图1组态软件构成体系结构

图1 中底层主要采用标准接口技术，可以兼容更多厂商生产的外部控制设备设施，具有良好的适应性和扩展性。

中间层是实时数据库，也是整个组态软件的核心部位，设计时一般需要提供两类接口，一是应用编程接口API、二是应用ODBC接口。

顶层是应用操作层，即油田生产操作人员通过ODBC接口访问和调取数据库信息数据，掌握现场监控情况.

2 系统组成

油田生产监控管理信息系统就是针对油田现场设备设施运转状况、生产数据传输和分析在平台上展示的系统，它可以将油田现场生产信息以数据或画面形式传送到操控室，以便远程掌握和控制现场生产。不但实现油田采油井场、计量站和泵站等现场设备的生产状态监督、数据传输、异常情况报警和分析等功能，还能满足现场生产、监控管理、室内室外、地上地下管理一体化的要求。

油田生产监控管理信息系统是集油田生产监督、数据传输、报警于一体，综合现代电子、信息射频通信技术、无线生产数据传输、计算机网络等技术的高科技产品。该系统主要依托controX2000组态软件平台，应用无线移动通信网，覆盖整个油田区域的生产监控场所。油田生产监控管理信息系统一般分为二级网络型结构，如图2所示。

图2 油田生产监控管理信息系统组成

监控管理中心由服务器、后台管理计算机、接警、报警终端构成。通过操作控制室的计算机，由通信系统向处理器发布指令，调度并分析生产现场各井场、设备的生产数据和设备运行状态。井场监控终端由各种传感器、报警触动开关、图像/数据转换器、数据采集器、带通信模块的微处理器构成。监控管理中心和现场终端设备之间依托无线传输模块进行数据传输，完成监控管理。

3 系统设计

组态软件应用于油田生产监控管理信息系统，要根据软件形态、功能和油田监控需要进行系统设计，主要实现对现场生产设备和工艺状态的监测、监控、数据传输、远程控制和管理。应用组态软件进行设计时主要考虑实时数据库系统设计、图形界面开发设计、OPC数据包设计和网络发布四个方面，系统总体结构如图3所示。

图3 监控管理信息系统设计总体结构

3.1 实时数据库系统设计

数据库是整个工控软件的核心，也是油田生产监控管理信息系统的最主要功能模块。设计数据库时首先要建立数据库系统模块，设置所需要监控的数据变量，主要包含以下方面内容：一是温度、压力、湿度等模拟型变量；二是中间转换变量等字符型变量；三是时间、地点、经纬度等系统变量；四是阀门状态、法兰状态、盖子状态灯开关型变量。这些变量即是生产现场设备和系统之间相互联系的数据，通过数据转换和交换相结合完成与外界监控对象的联系。

为进一步强化对油田生产过程的监控管理，数据库设计时要充分考虑或增加预警报警系统，特别是对温度、压力、载荷、冲击、浓度等数据信息的监控报警更需要准确预测。报警窗口针对变量报警情况要显示不同层级的不同颜色。数据库设计要容量大、处理迅速，具备实时性、紧凑等特点。

3.2 图形界面开发设计

图形界面开发设计内容主要包括生产现场总体概貌、工艺流程画面、设备设施运转状态、各设备具体分组画面显示、数据连续分析曲线、过程控制情况、各工作站整体特征显示、历史报警情况显示等，一直在界面显示的内容为实际需要重点监控和管理的部位。图形界面需直观地反映控制系统运行状态、实时参数变化等，管理操作人员通过界面能够直接看到设备工艺的温度、压力、流量、力矩、载荷等参数，进而判断现场生产状况，进行决策和远程管理控制。

3.3 OPC数据包设计

OPC又称用于过程控制的部件对象连接与嵌入，是一种标准的通信方式。OPC数据包设计时要充分考虑组态软件应用和监控设备设施之间的兼容性，确保数据的读取和写入能够顺利完成。OPC数据包设计就是完成一套接口、方法、模式和属性统一的标准，保证组态软件基于Windows的系统和基于PC或手机的软件组件能够传输和交换数据。在油田生产监控管理信息系统设计开发中，组态软件系统平台作为OPC的客户端，与服务器完成监控数据信息交换，进而对生产现场设备设施进行监控监测。

3.4 网络发布设计

网络发布是一种虚拟化称呼，是指通过以太网服务器将监控管理信息系统传输的数据发布到操作者和用户的模块，用户可以借助以太网服务器进行远程的上网浏览，随时随地调阅和查看油田生产监控现场的过程信息。数据发布设计要考虑数据查询、检索和数据的图像显示、数据报表定义及其打印等功能，方便对油田现场生产过程数据进行归档处理。