物联网背景下的数字化油田站控系统(2)

监控系统SCADA系统大致可分为3层。第1层为数据采集层，由RTU与一次仪表构成，完成现场原始数据的采集与预处理。根据设计需求还可以实现现场的数据存储，以保证通讯中断后数据的连续性；第2层为数据监控层。在这层将利用各种软件远程仿真现场，实现数据的实时监控、实时报警。该层可根据对应的管理模式再分为分控中心、总控中心等，还可根据设计需求进行大量历史数据的存储；第3层为数据应用层。在应用层实现对已采集数据的分析、整理，并根据需要实现多种形式的发布。业界很多公司分别在数据采集层、数据监控层、数据应用层都拥有极其稳定的产品和丰富的系统集成经验。

图1：系统结构图

2.3站控系统组成

站控系统主要用于原油处理站、转油站、增压站。原油处理站是整个原油开采生产中的终端工艺过程，负责下属各前端采油点（如油井）、计量站、转油站等来油的分离计量，对混输原油进行原油、水和天然气分离，实现原油提纯、污水处理、污水回注、天然气加工、原油外输等工艺过程，是实现成品原油的终端工艺，对外输原油、天然气的质量至关重要。由于涉及工艺相对复杂，设备工艺装置多，安全要求高，通过设置控制站、过程IO、远程IO、工程师站和操作站等设备实现整个站内工艺和设备的监控，实现分离计量工艺、原油处理工艺、污水处理工艺和回注工艺。

系统组成

站控系统一般采用RTU/PLC系统，系统包括以下几个部分：

1、服务器：包括I/O服务器、监视和报警服务器、报表服务器、历史趋势服务器等，服务器可兼做工程师站或操作员站使用。

2、控制站：包括主控单元、I/O模块、电源模块及标准机柜，I/O模块完成现场信号采集、工程单位变换、连续和离散控制，主控单元通过100Mbps高速以太网和操作站、服务器、高级计算机等上位机构成企业级的Intranet网络。

3、通信系统：包括系统网络和控制网络，完全支持C/S结构。系统网络负责现场控制站和操作员站的通讯；控制网络负责控制站和I/O模块之间的通讯，采用现场总线协议。

4、一次仪表：包括一般的4~20mA仪表、阀门、流量计等，通过多芯铠装电缆和I/O模块相连。

结构

站控系统分为2层网络。一层是现场总线网络，用于连接I/O、子站与主控制器。另一个为控制网，用于连接现场控制站与操作员工作站。

软件

软件的核心是监控组态软件，它完成数据采集、数据处理、监控、报警管理等功能。DMS 数据库管理软件，对整个站控系统的数据提供了安全、详细的数据库管理。软件中的SQL/ODBC 模块使得组态软件的实时数据能方便地和数据库相连。

3、站控系统选型

根据数字化油田站控系统的要求，可以选择性价比高的RTU/PLC产品，特别是民族品牌产品，近些年与国外品牌相比，在经验积累上国内企业并不占优势，单谈到技术我们并不存在多少差距。从研发角度而言国外品牌早已将研发中心建设在国内，研发和生产制造都是国产化。并没有纯粹的国外系统与中国系统之别，只不过在于品牌的差异。

国内控制器厂家如和利时、浙大中控、北京安控等，都各自推出了站控系统产品。其中北京安控一直从事油气田自动化（数字化）产品的生产、研发和系统集成。北京安控的Super E50系列RTU是公司集多年的站控系统开发、工程经验设计的新型站控RTU产品，可实现对工业现场信号的采集和设备的控制。该产品采用了先进的32位ARM技术，高效的嵌入式操作系统，整个系统功能强大、操作方便、集成度高。不仅能胜任逻辑、定时、计数控制，还能完成数据处理、高速计数、模拟量控制、PID、RTD、TC、通讯联网等功能。其程序开发方便，符合IEC 61131-3标准，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五种程序语言，可与上位机组成控制系统，实现集散控制。

4、实现目标

基于物联网技术的数字化油田站控系统，建立一套覆盖油气生产、处理等全过程的物联网系统，实现生产数据自动采集、关键过程联锁控制、工艺流程可视化展示、生产过程实时监测的综合信息平台，达到强化安全管理、突出过程监控、优化管理模式，以实现优化组织结构、提高效益的目标，具体实现目标如下

（1）实现油气生产、处理系统的智能化管理
        ● 实现油气水井、站库的数据采集和实时监控。
        ● 在油气处理系统出现故障时的应急自动处理。

（2）施工现场操作安全环保，实现人性化管理
        ● 对生产异常和故障进行报警，实现故障巡井，减轻生产一线员工的工作量。
        ● 保证现场操作人员的安全。

（3）科学指导生产，降低油田开发成本
        ● 优化组织结构，控制一线员工用工总量，实现增产不增人。
        ● 通过对生产数据的实时分析，降低油井蜡卡等停工停井数量，提高油井生产时率。
        ● 通过监测原油集输温度，实现油井冬季低温生产的常温输送，节省能源消耗。