基于 GIS 的油田站控組態(tài)軟件研究與實踐

0 引 言

油田油氣場站是一個一級防爆、防火的場所，屬于高危地域，且生產(chǎn)地理環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)環(huán)境惡劣，而設(shè)備故障、人員操作失誤可能隨時引起事故的發(fā)生，存在諸多安全隱患。因此對站庫工藝流程進(jìn)行全面有效地監(jiān)控，是保障油田原油安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。近年來，各油田不斷加強對站庫安全生產(chǎn)的監(jiān)管力度，逐步進(jìn)行數(shù)字化的建設(shè)和改造，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。設(shè)計開發(fā)油田聯(lián)合站生產(chǎn)過程實時監(jiān)控系統(tǒng)，對生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵回路及其工藝參數(shù)進(jìn)行實時采集和動態(tài)跟蹤監(jiān)視，將生產(chǎn)過程系統(tǒng)與管理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，實現(xiàn)生產(chǎn)過程實時信息與管理信息的集成，為管理決策層提供可靠的理論依據(jù)具有十分重要的作用和意義。

1 現(xiàn)狀分析

分散型控制系統(tǒng)( DCS，distributed control systems) 是以微處理機為基礎(chǔ)，以微機分散控制，操作和管理集中為特性，集先進(jìn)的計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT 技術(shù)和控制技術(shù)即 4C 技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。目前它廣泛應(yīng)用于油田站庫管理領(lǐng)域。組態(tài)圖形系統(tǒng)常用作 DCS 軟件的 HMI( human and machine interface，人機界面) ，它提供

了繪制包括點、線、矩形、多邊形、圓等基本圖形對象的工具欄，用于生成監(jiān)控對象的圖符，并能容易地根據(jù)監(jiān)控對象的實時狀態(tài)動態(tài)地進(jìn)行組合。

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。目前常用的組態(tài)軟件主要有通用和定制兩種類型。后者適用于特殊行業(yè); 前者沒有行業(yè)限制，應(yīng)用面較廣，但要考慮與下位機通訊的兼容性。國內(nèi)市場上常用的組態(tài)軟件主要針對特殊行業(yè)，例如霍尼韋爾( Honey Well) 的 DCS 板塊、西門子的 WinCC、Wonderware 的 InTouch、Intelution 的Fix、亞控的組態(tài)王等。它們普遍提供大量通用設(shè)備的驅(qū)動程序和簡單、直觀、美化 HMI，方便用戶的應(yīng)用。當(dāng)前，組態(tài)軟件正在向一體化方面發(fā)展，把數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制、信息管理、遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)以及基于 Internet 的分布式資源共享等技術(shù)集成在一起。

為了實現(xiàn)可視化有效監(jiān)控，我們引入地理信息系統(tǒng)( Geographic Information System，GIS) ，通俗地講，它是整個地球或部分區(qū)域的資源、環(huán)境在計算機中的縮影。它是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)，是在計算機軟硬件支持下，以采集、貯存、管理、處理分析和描述空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)，運用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論、科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的空間信息系統(tǒng)。而場站安全監(jiān)控結(jié)合 GIS 更有其特殊優(yōu)勢: 第一，GIS 具有采集、管理、分析和輸出多種站場地理信息的能力，具有獨特的空間性和動態(tài)性優(yōu)勢; 第二，GIS 的重要特點之一就是計算機系統(tǒng)的支持，從而使得系統(tǒng)能對復(fù)雜的站場地理系統(tǒng)進(jìn)行快速、精確、綜合的空間定位和過程動態(tài)分析。第三，可對站場日常生產(chǎn)中產(chǎn)生的動靜態(tài)數(shù)據(jù)，以圖形化的界面提供，為安全生產(chǎn)提供有效及時的判斷依據(jù)。

基于此，本文提出“組態(tài) GIS 化”的思想: 利用工業(yè)組態(tài)軟件獲取各類實時參數(shù)并存儲于實時數(shù)據(jù)庫，通過異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)站場圖形化數(shù)據(jù)顯示，結(jié)合場站設(shè)備設(shè)施靜態(tài)數(shù)據(jù)，建立基于 GIS 的油田站控組態(tài)軟件系統(tǒng)。

2 設(shè)計思路

油田站控組態(tài)軟件系統(tǒng)以 GIS 技術(shù)為支持，面向油田公司、采油廠( 作業(yè)區(qū)) 、站庫技術(shù)層，實現(xiàn)地理信息與屬性數(shù)據(jù)、生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。從實時監(jiān)控來講，不同于一般的 DCS 和 SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)，它把站場的所有工藝流程通過一張圖的形式展示出來，并基于 DCS 和 SCADA 采集的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行宏觀展示、分析與決策，它離不開現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持; 同時它又把空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)與實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，為保障油田安全生產(chǎn)又提供了更深層次的輔助依據(jù)。從地理信息系統(tǒng)角度講，也不同于傳統(tǒng)基于數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)與 CAD 系統(tǒng)，它主要包括圖形數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫，體現(xiàn)圖形與數(shù)據(jù)相結(jié)合的特點，而屬性數(shù)據(jù)庫管理主要完成圖形實體的屬性數(shù)據(jù)輸入與處理、各種報表的管理與輸出等，同時兩者并不孤立，圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)間的動態(tài)連接通過數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實現(xiàn); 此外，實時數(shù)據(jù)的 GIS 動態(tài)展示是 CAD 系統(tǒng)無法比擬的。

本系統(tǒng)在現(xiàn)有力控組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上，利用 GIS 技術(shù)特點，結(jié)合組態(tài)軟件采集的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將空間數(shù)據(jù)、靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)、動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，為油田各級領(lǐng)導(dǎo)提供宏觀與微觀的生產(chǎn)狀態(tài)展示與分析，輔助生產(chǎn)決策( 如圖 1 所示) 。