關於SCADA係統

　　塔裏木油田是“西氣東輸”重要的氣源地。自2000左右年開始
，與“西氣東輸”相xiang關guan的de油you氣qi田tian地di麵mian建jian設she工gong程cheng在zai塔ta裏li木mu油you田tian全quan麵mian展zhan開kai。天tian然ran氣qi作zuo為wei清qing潔jie能neng源yuan，目mu前qian國guo內nei需xu求qiu量liang顯xian著zhu增zeng加jia
，呈cheng現xian供gong不bu應ying求qiu的de局ju麵mian。保bao證zheng安an全quan穩wen定ding的de能neng源yuan供gong應ying是shi油you氣qi生sheng產chan的de最zui高gao目mu標biao。為wei了le實shi現xian這zhe個ge目mu標biao，在zai自zi動dong化hua生sheng產chan技ji術shu上shang必bi須xu有you相xiang應ying的de選xuan擇ze。針zhen對dui天tian然ran氣qi生sheng產chan領ling域yu地di域yu廣guang、節點分散的特點
，采用SCADA係統是不二的選擇。SCADA係統是近些年來，針對分布式應用而逐漸發展起來的控製係統，它與一般的控製係統有著明顯的不同。

　　首先，SCADA係統的數據源往往是數十個甚至成百上千個

，與這些數據源高效通訊是SCADA係統最基本也是最重要的功能。所謂高效，是指SCADAxitongnenggouyusuoyoudejiedianjianlikekaodetongxunlianxi，tongshijianligaosudetongxunlianlu。zhelidegaosubingbushizhijueduisudu，yinweitongxunwangluoqianchawanbie
，youxianyuwuxian，guangxianyushuchuandiantai，PSTN與CDMA，都有可能在一個通訊網絡中同時使用，甚至一個數據包要經過幾種通訊網絡的傳輸才能到達。SCADA係統具有將這些通訊網絡優化的功能

，使數據包能夠在最短的時間內傳輸到目的地。

　　其次，SCADA係(xi)統(tong)數(shu)量(liang)眾(zhong)多(duo)的(de)數(shu)據(ju)源(yuan)在(zai)地(di)域(yu)上(shang)是(shi)分(fen)散(san)的(de)
，這(zhe)種(zhong)分(fen)散(san)，往(wang)往(wang)是(shi)十(shi)幾(ji)公(gong)裏(li)，上(shang)百(bai)公(gong)裏(li)甚(shen)至(zhi)上(shang)千(qian)公(gong)裏(li)。這(zhe)種(zhong)地(di)域(yu)上(shang)的(de)分(fen)散(san)對(dui)於(yu)普(pu)通(tong)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo)，影(ying)響(xiang)是(shi)極(ji)大(da)的(de)，無(wu)論(lun)是(shi)數(shu)據(ju)的(de)實(shi)時(shi)性(xing)、可靠性以及連續性都是難以得到保障。尤其對於連續性，它是SCADAxitongduishujudeyizhongteshuyaoqiu，jizaitongxunzhongduandeqingkuangxia，shujunenggouzidonghuancun，dangtongxunhuifushi，zhexiehuancundeshujuzidongbuchuanzhishujuku，shishujukudesuoyoushujushizhongbaochiyidingdeshijianlianxuxing。zhezhongxuqiuyoushiyechengzuocunchuzhuanfagongneng。

　　內部集輸包括天然氣處理與集輸兩大基本功能。天然氣處理集中在處理廠內，相對獨立
，常用的控製係統包括DCS
、SIS
、FGS
、PLC或ITCC，以及CCTV等生產輔助係統；處理廠外的單井站、集氣站、計量間、閥室等則是實現集輸功能的重要組成單元，常用的控製係統包括RTU
、PLC、SIS，以及氣體檢漏係統、防腐檢測係統等生產輔助係統。

　　在早期的油氣項目中
，SCADA係統實際上隻包含處理廠外的RTU、PLC等，結構簡單，以點對點結構和慢速通訊的方式為主，以單節點的少量數據為主。隨著信息技術的發展
，SCADA係(xi)統(tong)的(de)定(ding)義(yi)有(you)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)外(wai)延(yan)，尤(you)其(qi)是(shi)通(tong)訊(xun)技(ji)術(shu)的(de)突(tu)飛(fei)猛(meng)進(jin)，使(shi)得(de)廣(guang)泛(fan)的(de)快(kuai)速(su)通(tong)訊(xun)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)，因(yin)此(ci)，一(yi)切(qie)與(yu)生(sheng)產(chan)相(xiang)關(guan)的(de)係(xi)統(tong)都(dou)可(ke)能(neng)被(bei)納(na)入(ru)到(dao)SCADA係統中
，除了一般的控製係統外
，包括地理信息係統
、應急廣播係統、CCTV係統
、防腐檢漏係統等等
；除此之外
，隨著數字化油田等信息化應用的需求
，SCADA係統還成為生產數據大集中的一個平台，承擔為信息化應用提供生產數據的重要職能。因此，目前的SCADA係統的設計與實現要充分的考慮到這些實際的需求，以適應多種需求。

　　基於PCS7 TELECONTROL的SCADA係統構成

　　本項目采用的是西門子PCS7 TELECONROL SCADA解決方案。結構圖如下。這是一種過程控製應用和SCADA應(ying)用(yong)混(hun)合(he)應(ying)用(yong)的(de)平(ping)台(tai)。過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)應(ying)用(yong)主(zhu)要(yao)針(zhen)對(dui)地(di)域(yu)上(shang)相(xiang)對(dui)集(ji)中(zhong)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)裝(zhuang)置(zhi)，人(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)操(cao)作(zuo)極(ji)為(wei)頻(pin)繁(fan)

，實(shi)時(shi)性(xing)要(yao)求(qiu)極(ji)高(gao)，以(yi)專(zhuan)用(yong)通(tong)訊(xun)網(wang)絡(luo)組(zu)成(cheng)的(de)局(ju)域(yu)網(wang)為(wei)主(zhu)

；而SCADAyingyongzhongdeshujujiedianzexiangduifensan，daduoguangfanfenbuyufuyuanliaokuodediliquyunei
，jiaohucaozuobupinfan
，danshikongzhiminglingdeshishixingxiangyingyaoqiujiaogao，yibanshengchanshujudewanzhengxingyaoqiujiaogao，yizhuanyongtongxunwangluohuotongyongwangluozuchengdeguangyuwangweizhu。PCS7 TELECONTROL方案則是完全兼顧局域網和廣域網應用的解決方案

，將這兩類應用物理上分開，但邏輯上統一。

　　整個SCADA係統在結構設計上主要考慮以下幾個方麵：

　　1、站內數據與站外數據的物理分隔；

　　在油氣集輸項目中，站內控製係統與站外控製係統在控製需求上是有著本質區別的。站內控製係統以DCS係統等過程控製係統為核心，無論是係統結構
、網絡配置
、操cao控kong模mo式shi等deng
，都dou屬shu於yu標biao準zhun的de過guo程cheng控kong製zhi模mo式shi。有you人ren機ji交jiao互hu極ji為wei頻pin繁fan，通tong訊xun可ke靠kao性xing極ji高gao，數shu據ju服fu務wu極ji穩wen定ding，將jiang過guo程cheng儀yi器qi儀yi表biao高gao度du抽chou象xiang化hua
，以yi工gong藝yi單dan元yuan為wei監jian控kong目mu標biao等deng特te點dian。而er站zhan外wai控kong製zhi係xi統tong中zhong的deRTU或PLC，以無人值守的運行方式居多，人機交互相對較少
；即使在控製功能相對較多的集氣站單元，一般也以“自治”模式為主，較少需要操作員幹預。但是在緊急情況下，需要人工緊急幹預時，如關井、放空等命令時，響應要及時準確。對於一般監控數據，要保證數據的完整性和連續性。

　　因(yin)為(wei)站(zhan)內(nei)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)和(he)站(zhan)外(wai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)需(xu)求(qiu)不(bu)同(tong)，它(ta)們(men)對(dui)數(shu)據(ju)的(de)處(chu)理(li)上(shang)就(jiu)有(you)不(bu)同(tong)。站(zhan)內(nei)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)數(shu)據(ju)實(shi)時(shi)性(xing)好(hao)，無(wu)論(lun)上(shang)傳(chuan)還(hai)是(shi)下(xia)發(fa)
，除(chu)極(ji)個(ge)別(bie)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)的(de)動(dong)作(zuo)指(zhi)令(ling)外(wai)
，一(yi)般(ban)都(dou)是(shi)采(cai)用(yong)同(tong)一(yi)周(zhou)期(qi)數(shu)據(ju)更(geng)新(xin)頻(pin)率(lv)；erzhanwaikongzhixitongxiangduishujushishixingyaoqiuyiban，xiafashujuheshangchuanshujucaiyongbutongdeshujugengxinpinlv，xiafashujudezhilingjibieyaogaoyushangchuanshujudezhilingjibie。zongtieryan
，zhanneikongzhixitonghuozheDCS係統對數據的實時性要求更高，而站外控製係統相對一般。因此，為了實現這個要求，PCS7 TELECONTROL方案中對於站內控製係統采用標準的PCS7解決方案

，采用冗餘快速工業以太網的結構，以MAC地(di)址(zhi)尋(xun)址(zhi)的(de)模(mo)式(shi)，即(ji)在(zai)數(shu)據(ju)鏈(lian)路(lu)層(ceng)就(jiu)實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)的(de)交(jiao)換(huan)，無(wu)需(xu)經(jing)過(guo)網(wang)絡(luo)層(ceng)，這(zhe)樣(yang)大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)數(shu)據(ju)訪(fang)問(wen)的(de)實(shi)時(shi)性(xing)。站(zhan)外(wai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，則(ze)采(cai)用(yong)標(biao)準(zhun)的(de)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)模(mo)式(shi)，利(li)用(yong)支(zhi)持(chi)路(lu)由(you)功(gong)能(neng)的(de)三(san)層(ceng)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)交(jiao)換(huan)機(ji)，將(jiang)站(zhan)外(wai)所(suo)有(you)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)通(tong)訊(xun)的(de)節(jie)點(dian)連(lian)接(jie)起(qi)來(lai)，以(yi)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)通(tong)訊(xun)。

　　如果將這兩種數據訪問服務集中到一套數據服務器上，DCS數據訪問服務必然會受到影響。因為站外數據訪問服務的周期要遠大於站內DCS數shu據ju服fu務wu周zhou期qi
，隨sui著zhe站zhan外wai控kong製zhi係xi統tong數shu據ju量liang的de增zeng加jia，數shu據ju服fu務wu器qi本ben身shen無wu法fa區qu分fen站zhan內nei數shu據ju服fu務wu和he站zhan外wai數shu據ju服fu務wu，因yin此ci整zheng體ti數shu據ju訪fang問wen效xiao率lv會hui大da大da降jiang低di。其qi次ci，站zhan內nei控kong製zhi係xi統tong是shi整zheng個geSCADA係統的核心，而這種基於C/S結構的控製係統，數據服務器的穩定性直接決定整個控製係統的穩定性，而穩定性是氣田集輸自動化項目最基本也是最高的要求。PCS7 TELECONTROL可以物理上將這兩種應用分隔開，邏輯上又可以通過CAS或PROCESS HISTORIAN等軟件進行數據的集中管理。

　　冗(rong)餘(yu)結(jie)構(gou)是(shi)提(ti)高(gao)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)最(zui)直(zhi)接(jie)也(ye)是(shi)最(zui)有(you)效(xiao)的(de)手(shou)段(duan)。其(qi)次(ci)，可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)將(jiang)不(bu)同(tong)的(de)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)分(fen)散(san)到(dao)多(duo)個(ge)或(huo)者(zhe)分(fen)布(bu)式(shi)的(de)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)器(qi)中(zhong)的(de)模(mo)式(shi)
，將(jiang)數(shu)據(ju)風(feng)險(xian)分(fen)散(san)。再(zai)次(ci)
，就(jiu)是(shi)提(ti)高(gao)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。這(zhe)三(san)種(zhong)方(fang)案(an)都(dou)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)。本(ben)項(xiang)目(mu)采(cai)用(yong)了(le)冗(rong)餘(yu)和(he)分(fen)布(bu)式(shi)的(de)模(mo)式(shi)，即(ji)每(mei)個(ge)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)器(qi)都(dou)是(shi)冗(rong)餘(yu)配(pei)置(zhi)，同(tong)時(shi)根(gen)據(ju)數(shu)據(ju)訪(fang)問(wen)服(fu)務(wu)的(de)不(bu)同(tong)特(te)點(dian)，將(jiang)站(zhan)內(nei)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)和(he)站(zhan)外(wai)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)分(fen)別(bie)部(bu)署(shu)到(dao)兩(liang)套(tao)不(bu)同(tong)的(de)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)器(qi)中(zhong)，在(zai)提(ti)高(gao)單(dan)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)器(qi)對(dui)通(tong)訊(xun)效(xiao)率(lv)的(de)同(tong)時(shi)，分(fen)散(san)相(xiang)應(ying)的(de)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)。

　　duiyudisanzhongcuoshi
，jigaowendingxingdefuwuqi，congxingjiabidejiaodukaolvbenxiangmumeiyoucaiyong。zheshiyizhongchengbenjigaodejiejuefangan
，yeshiyizhongzhenzhengderongyudefuwuqi。fuwuqizhongderenheyigeyuanjiandoushirongyude，bingqiekeyishixianneicundetongbu。

　　2、站內數據與站外數據的邏輯統一
；

　　SCADA係統的核心是數據庫。一般的SCADA應用中都包含實時數據服務（數據庫）和曆史數據服務（數據庫）兩種。

　　實時數據庫的重要特性就是實時性
，包括數據實時性和事務實時性。數據實時性是現場IO數(shu)據(ju)的(de)更(geng)新(xin)周(zhou)期(qi)。一(yi)般(ban)數(shu)據(ju)的(de)實(shi)時(shi)性(xing)主(zhu)要(yao)受(shou)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)的(de)製(zhi)約(yue)，即(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)設(she)備(bei)的(de)通(tong)訊(xun)能(neng)力(li)。事(shi)務(wu)實(shi)時(shi)性(xing)是(shi)指(zhi)對(dui)事(shi)務(wu)處(chu)理(li)的(de)速(su)度(du)，它(ta)可(ke)以(yi)是(shi)事(shi)件(jian)觸(chu)發(fa)方(fang)式(shi)或(huo)定(ding)時(shi)觸(chu)發(fa)方(fang)式(shi)。事(shi)件(jian)觸(chu)發(fa)是(shi)該(gai)事(shi)件(jian)一(yi)旦(dan)發(fa)生(sheng)可(ke)以(yi)立(li)刻(ke)獲(huo)得(de)響(xiang)應(ying)
，這(zhe)類(lei)事(shi)件(jian)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)立(li)即(ji)處(chu)理(li)，但(dan)比(bi)較(jiao)消(xiao)耗(hao)係(xi)統(tong)資(zi)源(yuan)；erdingshichufashizaiyidingshijianfanweineihuodetiaoduquan。yibandeshishishujuku
，congxitongdewendingxingheshishixingeryan，bixutongshitigongliangzhongtiaodufangshi。shishishujukuyibanyiwenjiandexingshibaocun。

　　曆史數據庫一般是商用數據庫，如oracle、SQL Server等，PCS7 TELECONTROL采用的是SQL Server數(shu)據(ju)庫(ku)。曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)功(gong)能(neng)是(shi)將(jiang)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)大(da)量(liang)的(de)數(shu)據(ju)，通(tong)過(guo)特(te)殊(shu)的(de)壓(ya)縮(suo)算(suan)法(fa)，持(chi)久(jiu)化(hua)到(dao)商(shang)用(yong)數(shu)據(ju)庫(ku)中(zhong)，以(yi)便(bian)可(ke)靠(kao)保(bao)存(cun)。即(ji)利(li)用(yong)較(jiao)少(shao)的(de)物(wu)理(li)空(kong)間(jian)保(bao)存(cun)大(da)量(liang)的(de)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)。曆(li)史(shi)趨(qu)勢(shi)以(yi)及(ji)報(bao)表(biao)服(fu)務(wu)中(zhong)的(de)數(shu)據(ju)均(jun)來(lai)自(zi)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)中(zhong)。在(zai)TELECONTROL解決方案中

，除了生產數據外，任何可采集的信息都能夠做曆史數據保存，如報警信息、操作記錄等。

　　benxiangmuzhong，wulunzhanwaikongzhixitonghezhanneikongzhixitongruhehuafen

，douxuyaoyigetongyideshujufuwu。chulezhanneideduogekongzhixitongjiankeyibianjiedejinxingshujufangwenwai，zhanwaixitongzhijianyijizhanwaixitonghezhanneixitongjianyexuyaonenggoujinxingshujufangwen。congxitongguanlidejiaoduchufa，yebiranyaoqiuyigetongyideshujuku，yibianyujiangzhanneixitonghezhanwaixitongyoujideronghedaoyiqi。

　　在PCS7 TELECONTROL解決方案中，最多可支持11對(套)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)集(ji)中(zhong)保(bao)存(cun)。本(ben)項(xiang)目(mu)中(zhong)，將(jiang)兩(liang)套(tao)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)集(ji)中(zhong)到(dao)一(yi)套(tao)磁(ci)盤(pan)陣(zhen)列(lie)中(zhong)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)持(chi)久(jiu)化(hua)保(bao)存(cun)。區(qu)別(bie)於(yu)傳(chuan)統(tong)硬(ying)件(jian)技(ji)術(shu)，采(cai)用(yong)磁(ci)盤(pan)陣(zhen)列(lie)來(lai)保(bao)存(cun)數(shu)據(ju)主(zhu)要(yao)有(you)以(yi)下(xia)優(you)勢(shi)：

　　•   它是專用
、高可用性共享存儲解決方案，可以連接多台服務器
，在混合虛擬化工作負載中實現均衡的性能。

　　•   可滿足高性能的應用要求。

　　•   實現更高的管理效率。

　　•   部署可擴展性和靈活性

，有助於實現數據分層
，優化係統性能。

　　•   多種數據保護能力。

　　•   在線擴展功能。

　　•   支持多種RAID 級別。

　　3、編程方式；

　　無論是DCS係統還是SCADA係統，編程方式時完全一樣的。都采用同一個PCS7的編程環境，同一種編程方法，同一種麵板
，同一種數據管理模式。主要的不同在於
，DCS采用西門子專用的基於MAR尋址方式的容錯連接，而SCADA應用則采用普通的基於TCP/IP的網絡連接，在這個網絡之上，可以采用DNP,60870，MODBUS-TCP等開放的通訊協議，與非西門子產品進行數據交換。從前端表現形式來講，則是完全統一的

，即DCS和SCADA的操作方式

、報警形式、界麵風格等幾乎完全一樣。

　　SCADA係統的功能

　　•    對包括處理廠在內的整個氣田各站場裝置設備完整的數據采集
；這是SCADA係統最基本的功能，也是最重要的功能。通過TELECONTROL提供的高效率的通訊協議軟件
，與現場各種設備通過網絡進行數據訪問；

　　•    對包括處理廠在內的整個氣田各站場的工藝流程進行動態顯示，同時顯示各種工藝參數
、設備狀態、報警信息等；

　　•    站內裝置設備的可靠操作。站內係統還是采用傳統的過程控製的模式，實現對站內裝置設備可靠操作。

　　•    站外裝置設備的遠程操作。各裝置設備都位於通訊網絡的各個節點上，因此遠程操作是SCADA係統的重要功能。采用經過優化驅動程序
，控製命令可即時下發，命令下發的實時性得到最大程度的保證；另外，在通訊中斷時下發的命令，不會在通訊恢複的時候生效，可保證操作的安全。

　　•    報警和報警處理。采用狀態閃爍顯示、音響、顏色變換多種形式進行故障報警
，同時顯示發生故障的名稱
、等級
、位置、時間和報警事件的處理或應答情況；

　　•    集(ji)中(zhong)的(de)數(shu)據(ju)平(ping)台(tai)。無(wu)論(lun)是(shi)站(zhan)內(nei)數(shu)據(ju)還(hai)是(shi)站(zhan)外(wai)數(shu)據(ju)，均(jun)集(ji)中(zhong)到(dao)同(tong)一(yi)個(ge)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)中(zhong)，但(dan)是(shi)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)各(ge)種(zhong)工(gong)作(zuo)，互(hu)不(bu)影(ying)響(xiang)。單(dan)機(ji)或(huo)單(dan)係(xi)統(tong)的(de)服(fu)務(wu)失(shi)效(xiao)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)整(zheng)個(ge)SCADA係統的運行。

　　SCADA係統的作用

　　SCADA係統目前越來越廣泛，它對生產管理所起了重要的作用：

　　•    為氣田安全生產
、集中管理
、統一調度指揮提供了完整的數據支持和設備條件。

　　•    為優化生產工藝、提高生產效率提供了數據及技術支持。

　　•    冗餘結構的安全防護措施
、多種形式的故障報警
、遠程控製功能為氣田安全生產提供了有力保障。

　　•    完整的數據采集與曆史數據存儲，為生產過程分析、事故追憶

、落實崗位責任、提高生產管理水平提供了數據依據。

　　•    完備的遠程監控功能可以節省人力資源，降低生產成本，提高氣田的生產經營效益。