摘要：天然氣生產指揮調度系統(tǒng)采用紫金橋實時數據庫為數據中樞，實現(xiàn)對整個生產平臺的實時監(jiān)控、數據存儲、處理、異常分析、遠程管理，同時將信息管理引入到平臺系統(tǒng)中，打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)的信息瓶頸問題，不僅改變了原有的數據流程管理模式，也實現(xiàn)了從職能化管理到業(yè)務流程管理的轉變。
關鍵詞：遠程數據源、群集服務器、數據轉儲、生產指揮調度系統(tǒng)
大慶油田天然氣分公司隸屬于中國石油天然氣集團總公司，擔負著大慶油田每年生產5千萬噸原油的生產任務，年加工濕氣20億立方米、輕烴80萬噸，是全國最大的溶解氣處理加工基地。其包括9個油氣生產大隊、2個儲運大隊和1個銷售中心，共12個生產大隊，同時負責整個大慶油田的油氣集輸和油氣初加工任務。
長期以來，大慶天然氣公司生產數據的采集都是由崗位操作工傳輸到大隊調度，之后數據流傳輸到公司調度的語音聯(lián)系，將生產數據逐級上傳。傳統(tǒng)的做法有一定弊端，即：上級無法實時察看各裝置的運行狀況，難以統(tǒng)一協(xié)調；崗位工人疲于定時上報數據，有可能忽視裝置運行狀態(tài)的監(jiān)控，給安全生產造成了隱患。
為此，根據天然氣生產集輸現(xiàn)狀，在原有數據采集的基礎上重新開發(fā)實施了生產指揮調度系統(tǒng)，系統(tǒng)通過現(xiàn)場數據采集監(jiān)控網、系統(tǒng)優(yōu)化數字化平臺網二級網絡系統(tǒng)，形成天然氣生產、集輸系統(tǒng)的數字化、信息化、網絡化監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了遠程數據信息共享和生產管理的實時調控，支持遠程移動辦公和異地查詢。
1 組成原理及典型功能
天然氣生產指揮調度系統(tǒng)的核心是紫金橋實時數據庫，實時數據庫負責獲取各分站的數據，并通過WEB發(fā)布功能將收到的數據動態(tài)顯示在用戶的IE瀏覽器上，并且設置群集功能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，自定義數據轉儲，將實時數據庫中的內容定時保存在關系數據庫中。
其中，服務器主要負責數據的匯總、發(fā)布和轉儲，為數據分析提供數據依據；數采中心采用紫金橋組態(tài)軟件，負責數據的采集，并將采集到的數據傳送給紫金橋實時數據庫服務器端。整體的系統(tǒng)架構圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)架構圖
Fig 1 Main configuration of system
天然氣生產指揮調度系統(tǒng)數據采集層模塊包括：數據采集通訊組件（完成數據的讀取和校驗）、通訊狀態(tài)報警組件、實時數據庫二次壓縮組件（對大量的計算結果、現(xiàn)場實時數據、管理數據進行二次壓縮存儲）、時鐘同步組件（執(zhí)行數據提供者與實時數據庫服務器間嚴格的時鐘同步）。
首先介紹一下系統(tǒng)部分核心功能
1.1 群集
群集通過協(xié)同工作方式，運行同一套應用程序，群集技術可使應用平臺免于整個系統(tǒng)的癱瘓以及操作系統(tǒng)和應用層次的故障，降低因服務器故障造成的損失[2]。服務器集群包含多臺擁有共享數據存儲空間的服務器，各服務器之間通過內部局域網進行互相連接，當其中一臺服務器發(fā)生故障時，它所運行的應用程序將與之相連的服務器自動接管。群集技術的目標在于通過多層網絡結構進一步提高伸縮能力、可用性與可靠性[6]。
1.2數據轉儲
通過數據轉儲可以把實時數據庫中的值按照一定的周期轉存到關系數據庫中，這樣用戶就可以使用關系數據庫所提供的各種功能對數據進行處理[3]。
在“數據轉儲組態(tài)”中設置數據源、表名稱、表類型、方向、周期等信息。
在“數據轉儲”對話框內察看各轉儲量的信息。
1.3 斷點續(xù)傳：
在生產指揮調度系統(tǒng)中，斷點續(xù)傳包括兩部分內容，一部分是服務器與前置數據采集計算機之間，因為天然氣公司覆蓋范圍太廣泛，網絡跨度太大，經常會出現(xiàn)前置數據采集計算機與服務器之間網絡中斷的情況，中斷以后現(xiàn)場實時生產數據就不能傳輸到服務器中，斷點續(xù)傳功能很好地解決了這個問題：當通訊發(fā)生故障時，前置數據采集計算機會自動為服務器保存數據，當通訊恢復正常后，前置數據采集計算機會自動將數據恢復到服務器上，保證服務器數據完整，前置數據采集計算機保存數據量取決于組態(tài)時的設置。另外一方面，從前置數據采集計算機恢復到服務器中的數據，也要按照上層管理軟件的要求恢復到關系數據庫中，保證上層管理軟件數據的完整性[7]。
數據恢復
數據傳輸過程中難免出現(xiàn)意外情況，當前置機和服務器間通信出現(xiàn)中斷時，就可能導致數據的丟失。如果設置了數據恢復功能，就可以在通信恢復暢通的情況下，將未上傳的數據補充到服務器端。
事件瀏覽
事件瀏覽功能記錄了實時數據庫的相關操作，包括系統(tǒng)啟動信息、網絡連接信息、設備故障信息等。通過這些信息可以了解系統(tǒng)的運行日志，對系統(tǒng)的維護提供了有力的支持。
2、實時數據采集系統(tǒng)環(huán)境的設計
根據目前天然氣生產集輸現(xiàn)狀，在原有數據采集的基礎上開發(fā)實施了生產指揮調度系統(tǒng)，系統(tǒng)通過現(xiàn)場數據采集監(jiān)控網、系統(tǒng)優(yōu)化數字化平臺網，形成天然氣生產、集輸系統(tǒng)的數字化、信息化、網絡化監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了遠程數據信息共享和生產管理的實時調控,支持遠程移動辦公和異地查詢。
2.1硬件環(huán)境及網絡環(huán)境
該系統(tǒng)的硬件部分大多利用原有的工控機實現(xiàn)，同時增加部分生產大隊的數據服務器和數據采集服務器，系統(tǒng)對硬件配置要求并不高；對于網絡環(huán)境而言，由于天然氣系統(tǒng)的特殊性，也決定了天然氣分公司網絡環(huán)境的復雜性，天然氣分公司的局域網基本上借助于公司下屬采油廠的網絡環(huán)境，并且有些裝置區(qū)、計量站隊偏遠，無法接入油田公司局域網，所以在裝置區(qū)鋪設了光纖，搭建了分公司無線網，由無線網轉接到油公司局域。
2.2 軟件環(huán)境
由于裝置和集輸計量現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)安裝的時間不同，裝置和儀表類型的不同，所以底層采用的軟件環(huán)境也不同，為了能夠將不同軟件環(huán)境采集的數據存儲到同一個數據庫環(huán)境中，系統(tǒng)使用了相對成熟穩(wěn)定的紫金橋組態(tài)軟件，作為上位機工作站上層和公司中心服務器端的軟件開發(fā)環(huán)境。
2.3安全措施
該系統(tǒng)是一個龐大的生產運營監(jiān)測管理系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)具有強大功能的同時，更要保證系統(tǒng)的安全性，因為上位機若遭到病毒或黑客的攻擊，不但數采監(jiān)控傳輸功能被破壞，嚴重的會造成裝置停機等生產事故，由于網絡的復雜性，我們進行了如下的安全保護設計：
2.3.1系統(tǒng)抗病毒能力設計
采用網絡版防病毒軟件來保護網絡操作系統(tǒng)安全運行，建立嚴格的網絡安全機制（包括防火墻技術、虛擬網絡技術）對系統(tǒng)病毒的傳播有抑制作用。
2.3.2網絡系統(tǒng)安全設計
為維護網絡系統(tǒng)安全在無線網與油田局域網之間加入硬件防火墻加以防范，主要采用VLAN劃分子網和防火墻技術。
公司網絡內部，用戶訪問互聯(lián)或外部用戶通過互聯(lián)網訪問本系統(tǒng)時采用防火墻軟件來有效地防止“黑客”訪問，防止信息流失和整個信息系統(tǒng)遭到破壞。另外代理服務器PROXY SERVER也提供了可擴展的防火墻安全特性，使網絡系統(tǒng)被他人入侵時能及時采取措施[5]。
2.3.3信息查詢安全設計
由于天然氣生產和集輸系統(tǒng)有很多信息需要保密，所以在服務器層開發(fā)時，根據天然氣管理的要求，按著用戶的級別和權限，設定不同的、唯一的密碼。不同級別的用戶只能訪問與其級別相適應的網絡資源和數據、圖形信息。
3. 生產指揮調度系統(tǒng)整體設計與實現(xiàn)
與上位機工作站相映的實時數據庫，通過自身的通訊接口將模塊的數據傳送到服務器上，同時根據現(xiàn)場生產、集輸控制流程和管理所需的信息創(chuàng)建發(fā)布圖形界面，所發(fā)布的信息只要有瀏覽器，便可以實時查看現(xiàn)場裝置運行和集輸情況。天然氣實時數據監(jiān)控系統(tǒng)簡圖如圖2所示
圖2 天然氣實時數據監(jiān)控系統(tǒng)簡圖
Fig 2 Gas Monitoring System for real-time data diagram
3.1 主要功能實現(xiàn)概況
服務器端運行的組態(tài)軟件平臺是天然氣生產、集輸數采監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的核心，是網絡通訊的樞紐。它是采集現(xiàn)場信息和網上發(fā)布的橋梁，它與現(xiàn)場上位機工作站端的通訊協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，既標準的C/S模式[1]。
系統(tǒng)服務器端具有WEB發(fā)布功能，通過紫金橋webserver可輕松實現(xiàn)網絡訪問，在服務器端應用紫金橋軟件的畫圖工具，創(chuàng)建現(xiàn)場流程圖、管理報表及其他信息界面，再與服務器端的實時數據庫相連，就可以將現(xiàn)場信息實時地以圖形和報表的形式發(fā)布到網上，非現(xiàn)場管理人員通過瀏覽器根據自己的權限和級別實現(xiàn)復雜信息檢索，監(jiān)控自己所管轄的現(xiàn)場狀況，這種圖形信息網上發(fā)布功能是傳統(tǒng)關系型數據庫幾乎無法克服的，發(fā)布的同時還將保持高度并發(fā)處理能力，WEB訪問用戶數不受限制，此系統(tǒng)在服務器端創(chuàng)建上萬個采集點包括了大部分裝置運行參數和所有表示量的數據，按單位分組存儲，流程圖上千多幅，所有813計量表的靜態(tài)信息都以單獨界面的形式開關地顯示在每塊表的旁邊。
為了給今后其它以關系型數據庫開發(fā)的應用系統(tǒng)軟件提供第一手資料，也為了保證了天然氣分公司數據源的唯一性和可靠性，服務器端軟件提供的ODBCGET工具，將實時歷史數據可以實時或定時轉儲到關系型數據庫中，轉儲時可以將所選的采集點（以IP為單位），實時成批地轉儲到關系型數據庫不同的數據表中，也可以通過用數據轉儲模塊，先建立實時數據庫與關系型數據庫之間的綁定，在通過編程實現(xiàn)數據轉儲，轉儲到關系型數據庫[4]。
服務器端自動檢測通信信道狀態(tài)，網絡通信量的統(tǒng)計、異常事件的處理和記錄等功能，實時性地診斷通訊狀態(tài)和鏈路鏈接情況，形成報告，顯示在服務器端的單獨窗口中；鏈路自動恢復處理，保證了發(fā)生鏈路中斷時發(fā)送的報文不被丟失。
服務器端與上位機工作站間同時進行多點通訊，對每臺上位機工作站（底層數據庫，以機器的IP為通訊節(jié)點）的訪問周期可以根據用戶需要、采集點的多少和網絡環(huán)境自行設置，我們一般設置每三秒鐘輪回采集現(xiàn)場數據一次，保證了人的數據實時性。
3.2 系統(tǒng)發(fā)布界面的設計與實現(xiàn)
天然氣生產指揮調度系統(tǒng)主要用于生產管理，系統(tǒng)內容含蓋了天然氣分公司所有的運行信息、計量信息、外網管網等信息，系統(tǒng)設計主菜單按生產單位及處理站、計量間分層劃分，子菜單以生產管理內容劃分。
運行信息：反映各生產加工處理裝置的各種統(tǒng)計數據、裝置運行狀況、天然氣外輸情況、天然氣量、輕烴外銷及庫存情況等，同時可以提供裝置的班、日、周、旬、月、季、年度的綜合統(tǒng)計數據。
外網信息：反映各站隊與供氣方（采油廠），供水方（水庫），和商品氣外輸情況的各種管網流程圖信息。
計量信息：計量管理以公司的生產實時數據庫為基礎，生成裝置（小隊）、大隊、公司三級計量管理數據，計量主要包括輕烴計量；采油廠來氣、來油計量；返輸氣、商品氣計量；水庫來水計量等等。供計量管理部門及有關人員訪問，生成各類計量報表、計算產品的計量缺損、評價計量系運轉效果。
4 結語
天然氣生產指揮調度系統(tǒng)的成功構建，打破了大慶天然氣集團公司以往的以手工記錄數據和電話上報數據的信息流模式，實現(xiàn)了裝置采集與網上發(fā)布同步的功能，完成數據存儲、壓縮及管理功能，同時為數據的高級分析提供了數據基礎和數據依據，不僅改變了原有的數據流程管理模式，也實現(xiàn)了從職能化管理到業(yè)務流程管理的轉變，縮短了信息溝通的時間，提高了工作效率，實現(xiàn)真正的跨平臺應用，信息資源得到了充分的共享,極大地提高反饋速度及生產管理效率，為公司信息化管理打下了堅實的基礎。
參考文獻：
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[3] 許斌輝,孫亞剛 Windows Server2003網絡管理員完全手冊 清華大學出版社 2005
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[5] 莫林莫托 Windows Server 2003深層解決方案 中國水利水電出版社 2004
[6] 飛思科技 SQL Server 2000 高級管理與開發(fā) 電子工業(yè)出版社 2002
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