横河SCADA系统在海上油井数据采集和监控中的应用

简介：本文以伊朗海洋石油公司位于波斯湾的油气井群为背景，详细介绍横河SCADA 系统在海上油井和海上石油平台的数据采集和监控中的应用。

1   引言

随着全球科技的进步和经济的飞速发展，石油这种能源始终是供不应求，人们除了在陆地上钻探以获得石油，在近海海底钻井也能获得石油。相比较陆地上的石油开采，在海上开采石油的难度要更大一些，要克服水深，海浪，大风以及恶劣气候的影响。因此海上石油开采的发展要比陆上石油开采发展的更晚一些，海上石油开采工艺的自动化程度也相对比较落后。

2   横河SCADA 系统简介

横河SCADA 系统主要包括两大部分：数据库、人机界面 HMI 软件和远程终端单元 RTU。

其中数据库和人机界面软件是横河的FAST/TOOLS，该软件包安装于服务器和一般PC 工作站，用于数据的采集存储，流程画面的显示等，还提供历史数据库、报警、趋势图和报表生成等功能。同时它还拥有开放性的接口，能与其它厂家无论是上位机软件还是下位机PLC 都能直接通讯。 远程终端单元是横河的STARDOM 控制系统，该系统是由传统PLC 控制器的基础上发展而来，用于提供给各种现场仪表接口，采集各种仪表的数据，实现一般逻辑控制，并将数据上传给人机界面或从人机界面接收操作命令并将命令实现到现场控制阀、泵、电机等设备。

当然介于这两个部分之间是必不可少的通讯网络部分，其中 FAST/TOOLS和STARDOM 之间一般采用光纤以太网通讯，也可以采用卫星、无线等通讯方式。

横河SCADA 系统常用于石油、天然气开采，海上平台，石油、天然气管道输送等上游（Upstream）行业，同时也可以用于水处理，水输送，电厂等工业现场。

2.1 STARDOM 简介

图2.1 横河Stardom 控制器

横河Stardom 是一个基于网络的控制系统（NCS），其定位介于低端的PLC 控制器和高端的DCS系统之间。其控制模块上提供直接的 RJ45以太网接口，因此非常方便用于以以太网为控制网络的系统中。

从硬件角度来讲，它是一个模块化的控制器，按不同功能分有底板模块、供电模块、CPU控制模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块以及串口通讯模块等。并提供标准的19英寸安装尺寸。其中供电模块、控制模块和网络接口都采用冗余配置。

CPU模块一般冗余配置，CPU模块的核心为Pentium MMX 166MHZ处理器，128MB内存；另外还附带一个系统卡小插槽，用于放置 32MB ～512MB系统卡（闪存卡）；两个 100/10Mbps 以太网接口，用于与上位机HMI 的通讯；一个RS232C 串口，可以用于与触摸屏显示设备或其它PLC通讯；还配备两节5 号电池，用于外部电源断开的情况下保存系统数据和程序。

从软件角度来讲，它以 IEC61131 标准语言作为逻辑编程语言，其中包括功能块（FB）、梯形图（LD）、顺控图（SFC ）、结构体文本（ST）、指令表（IL ）。同时支持多种通讯接口（协议）：如MODBUS、TCP/IP、OPC、HART 、Foundation Fieldbus、Web服务器和E-mail 服务器。

从控制功能来说，他基本能实现DCS所能实现的所有控制功能，并且支持在线修改和下装程序。

2.2 FAST/TOOLS 简介

图2.2 横河FastTools 软件

FAST/TOOLS 是一个HMI 软件。FAST/TOOLS  意义为Flexible、Advance 、System、Techniques、TOOLS，它具有灵活可靠的特性和先进的技术优势。它可以给用户提供集成的TOOLS（工具包）解决方案，包括以下功能：

•图形化操作员界面；

•报警处理与管理；

•历史数据存储与回装；

•趋势图显示；

•面向对象的过程建模；

•提供与其它应用系统的接口；

•报表生成；

•跟踪审计；

•可编程的顺序控制；

•用户应用开发；

在应用软件的接口方面，FASTTOOLS 支持国际上流行而且标准又通用的ODBC 和OPC协议，这样就很方便与其它厂商的上位机应用软件实现通讯和数据的交换。

在与下位机接口方面，FASTTOOLS 内部集成一些控件，只要作一些配置，就能和如下PLC进行通讯：Allen Bradley PLC5 、Allen Bradley CIP 、 Siemens 3964R 、Siemens SAPI-S7等。

同时它还支持MODBUS，DNP3 等通讯协议。