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0、引言
隨著自動化技術的普及應用，油田各采油廠已經在各站（中轉站和聯合站）采用集散控制系統(tǒng)或以PC總線為基礎的工控機構成簡易的分散型測控系統(tǒng)。但這些自動化系統(tǒng)都是分散在各站上，管理者如果不到現場則不能及時掌握現場情況，不能實時監(jiān)控生產運行狀態(tài)，使各站的自動化系統(tǒng)形成 “孤島”。另外，對數據的利用比較簡單，報表還需人工從控制系統(tǒng)的監(jiān)視器上二次抄錄。由于各站的基礎網絡異常復雜多樣，多種上位機系統(tǒng)及PLC并存，使得實現廠級的遠程監(jiān)控系統(tǒng)十分困難。
為了提高競爭能力，連續(xù)工業(yè)正在不斷地通過提高自動化水平來提高產品質量、節(jié)省能源、降低成本以獲取更顯著的經濟效益。[1]隨著以紫金橋實時數據庫為平臺的采油廠數采監(jiān)測系統(tǒng)的實現，各采油廠將擺脫自動化“孤島”的傳統(tǒng)模式，把報表的手工抄錄方式改為自動采集數據并形成報表，加強數據有效共享，加強對各站的實時監(jiān)控，使采油廠的信息化向整體、綜合和集成的方向發(fā)展。本系統(tǒng)已于2011年9月應用于大慶油田有限責任公司第八采油廠。
1、系統(tǒng)介紹
以紫金橋實時數據庫為平臺的采油廠數采監(jiān)測系統(tǒng)把分散在各站的裝置運行參數、生產數據及儀表計量等的數據信息全部集中到一個智能化的實時監(jiān)控系統(tǒng)中，實現了現場各站到后方采油廠的實時數據采集的電子化、無紙辦公化；實現現場實時在線監(jiān)測裝置和儀表計量的運行狀況，為采油廠生產管理指揮提供了強有力的技術保證。實時數據采集監(jiān)測系統(tǒng)將及時、準確、高效、方便地為管理者宏觀調控及采油廠今后的數據挖掘提供第一手資料，實現采油廠的自動化運行管理，提高生產管理效率，進一步完善了油田數字化建設，改進了采油廠生產信息管理的模式，真正達到油田數據信息資源的共享。
2、總體設計
采油廠數采監(jiān)測系統(tǒng)由數采前置機和監(jiān)控中心兩部分組成，其總體架構圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體框圖
Fig.1 Block Diagram of system hardware
系統(tǒng)中數采前置機部分布置在各站控制室現場，由現場工控機或PLC、數采前置機等組成，完成從工控機或PLC上采集數據到前置機的功能。監(jiān)控中心由實時數據庫服務器、熱備服務器和其他關系數據庫服務器組成。實時數據庫負責采集前置機的數據并對數據進行存儲、處理、轉儲和WEB發(fā)布；熱備服務器和實時數據庫服務器進行雙機熱備，可以有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；實時數據庫還可根據需要將數據轉儲到其他的關系數據庫中，如油田的A2(中國石油油氣水井生產管理系統(tǒng))系統(tǒng)。
2.1數采前置機的設計
由于各站使用的上位機組態(tài)軟件各不相同，因此需要在各站監(jiān)控室設置一臺前置機用于采集數據，所有前置機中統(tǒng)一安裝紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件，上位機中安裝Remote I/O組件。
2.1.1Remote I/O組件
生產數據采集系統(tǒng)必須能夠把生產現場（包括中轉站、聯合站）的數據采集匯總在一起，以提供進一步的數據處理以及為上層生產決策提供數據服務。
根據需要在各站主控室設立前置機，每臺前置機負責與現場控制系統(tǒng)通信，同時將采集到的實時數據回傳至信息中心服務器。
目前，采集現場工控機上的數據有二種方式。第一種是用OPC或DDE的方式通過串口直接采集現場工控機的數據，但是這種方式受系統(tǒng)環(huán)境等各種因素的影響較大，可靠性及穩(wěn)定性都較差；第二種方式是把前置機的采集軟件布置在現場工控機上，這種方式可靠性和穩(wěn)定性都很好，但是出于安全性考慮或存儲空間及運行資源的限制，通常在現場的工控機上不允許安裝其它的大型軟件。
為此，系統(tǒng)應用了一款遠程數采組件，即Remote I/O組件。這個組件的特點是占用空間小、占用資源少，運行安全穩(wěn)定可靠。Remote I/O布置在現場工控機上，負責與工控機中的組態(tài)軟件通信，前置機通過其與現場工控機通信進行數據采集，Remote I/O在整個采集過程中擔任橋梁的作用。
2.1.2報表管理
報表管理分為數據采集和數據查詢。
數據采集包括數據的自動采集和人工錄入兩部分。自動采集是將現場上能夠采集上來的數據自動的存入實時數據庫并寫入報表中，如果操作員認為這部分數據不準確，也可以對其進行修改校正；人工錄入是將現場無法采集到的數據手動的錄入到報表中并存入指定時刻的歷史數據庫中。
數據查詢是針對整張報表而言的，就是將已經在固定時間段存入歷史數據庫的數據查詢出來在報表上顯示，報表查詢是以天為單位的，可指定到具體的某一天。
2.2數據傳輸
系統(tǒng)的數據流向是這樣的：前置機通過Remote I/O采集工控機上的數據，再把數據上傳到信息中心實時數據庫中，然后把實時數據庫中的需要的數據轉儲到關系數據庫中。
由于通訊線路的故障或病毒的干擾都可能使通訊出現中斷現象。這就會給頂層數據庫造成數據缺失，影響歷史數據的完整性、統(tǒng)計數據的準確性。為了在出現網絡故障的時候保證數據的完整性，系統(tǒng)采用了數據恢復即斷點續(xù)傳技術。
前端數采機和監(jiān)控中心服務器進行通訊時，如果網絡出現故障或者機器重新啟動，數據庫間不能進行即時的數據通訊，前端數采機能夠暫存斷線期間的歷史數據，當通訊恢復后將數據自動恢復到上層數據庫中。如果有實時數據庫向關系數據庫進行數據轉儲的情況，在歷史數據恢復的同時，還能對斷線期間應該轉儲到關系庫中的數據進行恢復。
系統(tǒng)支持多級數據恢復。如在下圖所示的前置機到二級服務器間出現了通信故障，在線路恢復后，前置機與二級服務器間將進行數據恢復。雖然中心服務器與二級服務器之間沒有出現過通信故障現象，但是由于二級服務器在與前置機故障期間，自身數據沒有得到刷新，以至造成其上游服務器數據停滯現象。因此在前置機與二級服務器間將進行數據恢復時，也
將中心服務器關心的數據進行恢復。斷點續(xù)傳技術保證了歷史數據的完整性，而且這種恢復會層層向上，直到最終的關系數據庫中。
圖2 數據恢復示意圖
Fig.2 Schematic Diagram of Data Recovery
2.3監(jiān)控中心的設計
監(jiān)控中心主要負責采集數采前置機的數據并對數據進行存儲、處理、轉儲和WEB發(fā)布。
2.3.1數據轉儲
數據轉儲是將傳送到監(jiān)控中心服務器上的數據通過轉儲軟件按照規(guī)定的格式、規(guī)定的時間間隔將所要轉儲的數據存儲到A2系統(tǒng)等其他的關系數據庫中。
2.3.2WEB發(fā)布
通過監(jiān)控中心服務器上的實時數據庫進行WEB發(fā)布，所有授權用戶均可通過瀏覽網頁的形式查看各站的實時工藝流程畫面，及時掌握所關心的數據，查看現場設備的運行情況等，實現了坐在辦公室里就能及時了解現場情況，指揮現場生產。WEB發(fā)布包括實時數據顯示，流程圖顯示，報警顯示，趨勢顯示等。
2.3.3客戶端
監(jiān)控中心服務器上發(fā)布的畫面，包括工藝流程圖、重點實時數據、趨勢、報警和報表等都可通過瀏覽器查看。系統(tǒng)的權限管理和中國石油天然氣集團公司的域用戶管理相結合，實現了用戶只需用域用戶登錄就可獲得相應的權限。
3、軟件設計
3.1數采前置機的軟件設計
數采前置機通過串口與工控機相連，這也有效的防止了病毒的傳播，提高系統(tǒng)的安全性。首先在監(jiān)控組態(tài)軟件中建立驅動，配置Remote I/O，通過Remote I/O采集數據到前置機。然后在組態(tài)軟件中繪制工藝流程畫面、報表、歷史趨勢和報警等畫面，把采集上來的數據應用到上述畫面中。
3.2監(jiān)控中心實時數據庫服務器上的軟件設計
實時數據庫服務器通過局域網與前置機相連，通過遠程數據源采集前置機的數據，并將工藝流程畫面、報表、歷史趨勢和報警等畫面進行WEB發(fā)布，還要將需要的數據轉儲到關系數據庫中。
4、應用實例
大慶油田有限責任公司第八采油廠建立的生產數據采集監(jiān)測系統(tǒng)，打破了過去主要以手工記錄數據和電話上報數據的傳統(tǒng)模式，實現了數據采集與網上發(fā)布同步的功能，將原來只能在操作崗工控機上看到的數據直接發(fā)布到網上，相關人員在有瀏覽器的地方可以隨時查詢到需要的數據。生產數據采集系統(tǒng)的應用加強了對生產數據的管理，使數據的收集和整理過程更科學合理，及時的對數據進行分析與共享，形成需要的生產信息，加強生產管理過程的自動化，使生產信息和管理信息能夠及時產生和發(fā)布，從而制定科學合理的公司生產和經營的發(fā)展戰(zhàn)略。
5、結語
采油廠生產數據采集監(jiān)測系統(tǒng)的應用不僅改變了原有的數據流程管理方式，也實現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。保證了各種原始信息數據獲取的及時的、真實性、全面性，信息分析處理的科學性、系統(tǒng)性，結論建議的準確性、完整性，為中國石油A2系統(tǒng)在大慶油田有限責任公司第八采油廠的順利實施奠定了堅實的基礎。
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