CITECT上位机平台在丘陵自动化的开发应用

濮兴林

摘要：针对吐哈油田丘陵采油厂HONEYWELL DCS自控系统AM（Application Module）节点上的CLM（Communication Link Module）平台报警频繁和DCS的开放性能较差的问题，对采油厂的站外BB RTU（Remote Terminer unit）控制系统进行了系统的改造。把原BB RTU系统和HONEYWELL DCS系统连接的AM节点的CLM平台处分开，增加了CITECT SCADA6上位机服务器和客户端，利用上位机服务器R232串口和DCS的GUS6节点的R232串口，通过DDE使BB RTU系统与HONEYWELL DCS系统的连接，避开了CLM平台的故障，解放了AM节点，从而解放了DCS系统。

关键词：DCS；CITECT SCADA6；RTU轮巡；无线通讯；WEB

一、前言

丘陵采油厂从油田产能建设初期至今，生产井、测控数据成倍增长，全厂自动化控制系统暴露出许多不足及问题，主要有：（1）系统通讯故障频繁、数据扫描更新速度慢、误报警现象严重。RTU系统满容，处理速度下降，站外RTU轮巡周期由以前的3分钟延长到现在的8分钟，生产数据不能得到及时更新。（2）DCS系统负担过重。联合站的DCS系统和轻烃DCS系统，硬件资源在建站初期冗余30%，目前资源已全部用完。同时联合站和轻烃的APM容量不够。DCS系统的数据不能实时网上发布[1]。必须着手解决：

（一）系统通讯故障频繁、数据扫描更新速度慢、误报警现象严重、站外RTU轮巡周期过长问题。

（二）联合站DCS系统负担过重。

（三）DCS数据开放问题及关键数据的WEB发布问题。

解决这些问题关键是解决丘陵采油厂DCS系统CLM平台数据采集周期长和通讯故障问题。而这一问题关键是RTU系统的改造。

二、问题分析

（一）自控系统平台CLM故障频繁

丘陵站外RTU系统是一套引进美国Bristal babcock公司的无线远程终端系统，负责丘陵油田所有外围站油、水、气井生产信息的检测及单量采集与控制，是油田生产管理的重要环节。它与联合站HONEYWELL DCS TDC3000系统的通讯，是用无线数字电台的方式，经TDC3000的AM节点上的CLM通讯平台进行通讯的。从1995投运以来，系统基本运行正常；但从2000年以后，由于站外RTU的不断扩容，使TDC3000系统的处理量以达极限，CLM通讯平台逐渐出现故障及误报警现象，轮巡周期由以前的3分钟延长至8分钟，部分信号长达6小时上不来，CLMI平台经常出现P-FAIL、FAIL和死机，信号报错和失败频繁。虽经过多次优化通讯参数和通讯时间，仍无法从根本上解决信号报错和失败问题，给中控室操作人员造成假象，严重影响正常的生产监控，有时甚至无法监控。受TDC3000系统的CLM平台与站外通讯失败影响，导致系统关键节点HM、AM、NIM常出现报警故障，系统稳定性受到威胁，对联合站、轻烃装置的监控影响较大。

（二）DCS系统开放问题

联合站的DCS TDC3000系统的US操作站升级为GUS工作站后，其数据的共享性能是通过DDE方式进行的，由于采油厂站内外的关键点数据加一起大约要1000点左右，而DDE在500点内的数据量下工作比较理想，所以系统给关键数据的远传管理层和进行WEB发布，带来瓶颈[2-3]。

三、改造方案

（一）方案设计

根据以上现状及问题，从技术完善的角度出发，提出将站内与站外监控分离的技术思路，凭借主流SCADA上位机系统的支持，可实现与外围站RTU高速的通讯，本次改造，主要对RTU系统的上位机系统进行完善，解决：a.系统数据扫描更新速度慢、通讯故障频繁、误报警现象严重；b.DCS系统负担太重两大技术问题，实现了以下四项技术目标：

1.提高站外数据轮巡速率，使站外检测点刷新频率提高到30～60秒/次，使中控及时获得外围站变化数据的信息，提高安全保障性。

2.减轻外围站数据对TDC3000系统的通讯压力，使TDC3000系统负担过重问题得以解决。

3.实现站内站外单量数据的集中统一。

4.實现丘陵采油厂的监控数据的WEB发布。

根据通讯方式及主站TDC3000系统结构改变的不同，制定了以下方案。在现有设备基础上，增加主电台数量实现分片轮巡。

主要涉及以下四方面的内容：

1.对站外无线通讯网络进行重新规划、配置和参数调整，并增加主电台数量，分片轮巡，降低轮巡时间，全面提高数据通讯速率。

2.选定SCADA上位机平台，实现所有外围站终端处理系统的集成。

3.实时提取站内计量数据，送入SCADA上位机平台实时数据库，实现站外数据的集中和系统的整体连接。

4.形成动态开放数据源，为单量报表的自动生成提供数据。

（二）单量数据及系统的完整性保障措施

由于丘陵联合站原系统中，单量数据不都是从外围站采集，其中站内3具计量分离器的单量数据是由TDC3000系统采集的，在TDC3000系统中，站内采集的单量数据和外围站采集的数据进行集中处理，形成完整的单量统计数据，所以完善后的系统，必须具备相同的功能和特点。

解决自控系统平台CLM故障后，原来进入TDC3000系统的外围站数据就进入SCADA上位机系统，将完全独立于TDC3000系统，整套单量运算及处理将在SCADA上位机系统上完成，所以，所有的单量采集数据（包括外围站和站内3具计量分离器）必须全部进入SCADA上位机系统。方案设计，充分考虑了现TDC3000系统的开放功能，采用DDE数据交换形式（采用热动态连接交换编程策略，数据刷新率<2秒/次），方案采用OPC数据交换形式，实时提取站内3具计量分离器的数据，并提交到SCADA上位机系统实时数据库中，形成系统点，从而保证了单量数据及系统的完整性，以上改造可以解决好丘陵采油厂DCS系统故障、误报警及外围站RTU系统数据上传问题，投资较少，并且可以充分利用已有设备，所以我们采用了此方案。

四、方案实施

（一）上位机监控平台的确认

由于此次项目对上位机系统的要求较高，经对比、技术交流及经济等方面因素考虑，最终我们确认上位机的平台选用CITECT SCADA6监控平台，保证系统各项技术性能及指标的实现。

1.上位机系统的历史记录及报警功能。对所有点组态历史记录及报警功能，实现数据的历史查询和画面的实时报警功能，历史记录及历史数据的保存时间由工艺要求而定，实时报警为声光报警，事件历史记录查询。

2.数据开放。方案所选CITECT SCADA6上位机系统支持DDE及OPC，具备数据开放的功能以及画面切换操作。

（二）完成CITECT SCADA6上位机系统与RTU DPC3330控制器的无线串行通讯

实现上位机系统与RTU系统的Modbus rtu协议的通讯，并完善通讯链路结构，实现远程下载。

1.现状描述。原RTU系统通过TDC3000系统的CLM进行通讯，数据提交于TDC3000系统以GUS画面的形式进行监控，目前系统已实现了2个片区的分片轮巡，经测试满足要求。

2. 方案详述。根据以上情况，结合丘陵实际情况，我们从技术角度出发，提出以下RTU 系统实施方案：

（1）上位机系统配置。上位机安装WIN2000操作系统，在WIN2000系统上安装CITEC上位机监控平台、OPEN BSI NETVIEW、OPC SERVE应用平台， 通讯波特率：9.6K。

（2）无线通讯解决策略。由于丘陵外围站1、2计离主站较远又有山坡阻挡，所以，为了保障整套RTU系统的通讯，我们利用了现有的单井自动化中继塔加装无线中继电台，实现1、2计与主站的稳定通讯。

（3）系统运行模式。系统采用服务器/客户端应用模式，中控增加两台工控机，一台配置为CITECT服务及操作浏览器，加装CITEC上位机监控平台、OPEN BSI NETVIEW和OPC SERVE应用平台，负责与站外RTU实现通讯获得数据；一台配置为CITECT浏览客户机（双网卡），提供给用户操作浏览或网络发布。如图1所示。

（4）站内外计量数据的统一。解决自控系统平台CLM故障后，原来进入TDC3000系统的外围站数据就进入Citect Scada6.0上位机系统，将完全独立于TDC3000系统，整套单量运算及处理将在Citect Scada6.0上位机系统上完成，所以，所有的单量采集数据（包括外围站和站内3具计量分离器）全部进入Citect Scada6.0上位机系统， TDC3000系统的开放功能是依靠DDE，采用DDE数据交换形式（采用热动态连接交换编程策略，数据刷新率<2秒/次）实时提取站内3具计量分离器的数据，并提交到Citect Scada6.0上位机系统实时数据库中，形成系统点，从而保证了单量数据及系统的完整性，实现数据统一，系统示意如下：（图1）程序工作量最大，Citect Code 语法结构和主要函数、使用方法、各站单量数据接口表及单量程序太多，不一一列举，例如：

CITECT Code 主要函数及使用方法：

①Sleep（秒）           时间延迟

sleep（1）;  //延迟1秒钟

②Sleepms（毫秒）      时间延迟

sleepms（500）;  //延迟500毫秒

③DDERead（”应用程序名”，”数据源名”，”数据项名”）      DDE数据传送

DDERead（"Excel"，"系统数据"，”R1C1”）;

从EXCEl的“系统数据”表格的1行1列中读取数据

DDERead（"Excel"，"单井单量数据保持 "，”R10C2”）;

从EXCEl的“单井单量数据保持”表格的10行2列中读取数据。

（5）外围站单量处理。外围站选井站的倒井信号经无线上传到了CITEC上位机平台的标签点中，由CITECTCicode单量程序将信息发送给相应的计量站，计量站RTU接收信息后自动开始计量或终止计量，计量结果自动生成并上传到了CITEC上位机平台的标签点中，由Citect Cicode单量程序进行存储。如图2所示：

外围站选井站的倒井信号经无线上传到了CITEC上位机平台的标签点中，由CITECT Cicode单量程序接收信息后自动开始计量或终止计量，计量结果自动生成并进行存储，流量数据由TPS通过TPSDDE开放协议传送并实现累积积分运算。

3.上位机监控画面的浏览、操作模式

由于原GUS（Global User Station） 面具有操作灵活、流程形象、界面友好的特点，又由于CITECT与GUS均属于32位的WINDOWS应用平台，所以此次外围站完善中我们力求在CITECT系统上实现与GUS相同的流程图画面应用，以保持操作及应用的连续。

4.RTU、Netview、OPC Server的关系

如图3所示：RTU负责现场的数据采集、处理、控制、和发送；NETVIEW对RTU进行远程组态设置、数据接收、存储；OPC Server是用于Netview与外围上位机平台（如CITECT平台）或第三方应用程序之间进行数据通讯的连接，OPC Server被正确设置后，会向外围上位机平台或第三方应用程序提供标准的OPC（OLE for Process Contol）  协议，实现外围上位机平台或第三方应用程序与Netview的数据连接，OPC Server点接口表一经建立，在外围上位机平台（如Citect平台）或第三方应用程序向NetView提出连接请求时会自动启动，无需再做工作。如图4所示。

5.完成单量报表接口配置及调试

报表接口主要保持原有系统的应用，在CITECT系统中为报表专配了数据表，与原系统保持一致，通过Cicode代码实时写入单量数据，实现了报表接口和数据自动采集。CITECT服务器与CITECT客户端通过TCP/IP组成网络应用结构，与TDC3000系统的上位机通过串行电缆相连，实现了主从数据交换及与老系统的数据交换。

五、结语

此次改造在满足生产运行、工艺要求的基础上，通过技术手段充分地利用了现有资源，提高了站外数据轮巡速率，使站外检测点刷新频率提高到30～60秒/次，使中控及时获得外围站变化数据的信息，提高安全保障性；减轻外围站数据对TDC3000系统的通讯压力，使TDC3000系统的满容的问题得以解决；实现站内站外单量数据的集中统一；实现丘陵采油厂的监控数据的WEB发布。充分应用了INTERNET网络的经济实用性，为全厂信息一体化，油公司的数字化油田建设打下了坚实的基础。H

参考文献

[1]Honeywell.Micro TDC3000[M]. Users Manual.1996

[2]张德泉.集散系统原理及其应用[M].电子工业出版社.2015.

[3]张雪申.TDC-3000集散控制系统[M].化学工业出版社.1997.