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SCADA係(xi)統(tong)對(dui)數(shu)據(ju)的(de)一(yi)種(zhong)特(te)殊(shu)要(yao)求(qiu)，即(ji)在(zai)通(tong)訊(xun)中(zhong)斷(duan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，數(shu)據(ju)能(neng)夠(gou)自(zi)動(dong)緩(huan)存(cun)，當(dang)通(tong)訊(xun)恢(hui)複(fu)時(shi)

，這(zhe)些(xie)緩(huan)存(cun)的(de)數(shu)據(ju)自(zi)動(dong)補(bu)傳(chuan)至(zhi)數(shu)據(ju)庫(ku)
，使(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)的(de)所(suo)有(you)數(shu)據(ju)始(shi)終(zhong)保(bao)持(chi)一(yi)定(ding)的(de)時(shi)間(jian)連(lian)續(xu)性(xing)。這(zhe)種(zhong)需(xu)求(qiu)有(you)時(shi)也(ye)稱(cheng)作(zuo)存(cun)儲(chu)轉(zhuan)發(fa)功(gong)能(neng)。

　　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daoSCADA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、caokongmoshideng
，doushuyubiaozhundeguochengkongzhimoshi。yourenjijiaohujiweipinfan，tongxunkekaoxingjigao
，shujufuwujiwending，jiangguochengyiqiyibiaogaoduchouxianghua，yigongyidanyuanweijiankongmubiaodengtedian。erzhanwaikongzhixitongzhongdeRTU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MACdizhixunzhidemoshi，jizaishujulianlucengjiushixianshujudejiaohuan，wuxujingguowangluoceng，zheyangdadatigaoleshujufangwendeshishixing。zhanwaikongzhixitong
，zecaiyongbiaozhundegongyeyitaiwangmoshi
，liyongzhichiluyougongnengdesancenggongyeyitaiwangjiaohuanji
，jiangzhanwaisuoyouxuyaojinxingshujutongxundejiedianlianjieqilai
，yijinxingshujutongxun。

　　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DCSshujufuwuzhouqi，suizhezhanwaikongzhixitongshujuliangdezengjia
，shujufuwuqibenshenwufaqufenzhanneishujufuwuhezhanwaishujufuwu，yincizhengtishujufangwenxiaolvhuidadajiangdi。qici
，zhanneikongzhixitongshizhenggeSCADA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)。

　　對dui於yu第di三san種zhong措cuo施shi，即ji高gao穩wen定ding性xing的de服fu務wu器qi
，從cong性xing價jia比bi的de角jiao度du考kao慮lv本ben項xiang目mu沒mei有you采cai用yong。這zhe是shi一yi種zhong成cheng本ben極ji高gao的de解jie決jue方fang案an，也ye是shi一yi種zhong真zhen正zheng的de冗rong餘yu的de服fu務wu器qi。服fu務wu器qi中zhong的de任ren何he一yi個ge原yuan件jian都dou是shi冗rong餘yu的de，並bing且qie可ke以yi實shi現xian內nei存cun的de同tong步bu。

　　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zaiTELECONTROL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。

　　本(ben)項(xiang)目(mu)中(zhong)，無(wu)論(lun)站(zhan)外(wai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)和(he)站(zhan)內(nei)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)如(ru)何(he)劃(hua)分(fen)，都(dou)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)統(tong)一(yi)的(de)數(shu)據(ju)服(fu)務(wu)。除(chu)了(le)站(zhan)內(nei)的(de)多(duo)個(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)間(jian)可(ke)以(yi)便(bian)捷(jie)的(de)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)訪(fang)問(wen)外(wai)，站(zhan)外(wai)係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)以(yi)及(ji)站(zhan)外(wai)係(xi)統(tong)和(he)站(zhan)內(nei)係(xi)統(tong)間(jian)也(ye)需(xu)要(yao)能(neng)夠(gou)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)訪(fang)問(wen)。從(cong)係(xi)統(tong)管(guan)理(li)的(de)角(jiao)度(du)出(chu)發(fa)，也(ye)必(bi)然(ran)要(yao)求(qiu)一(yi)個(ge)統(tong)一(yi)的(de)數(shu)據(ju)庫(ku)，以(yi)便(bian)於(yu)將(jiang)站(zhan)內(nei)係(xi)統(tong)和(he)站(zhan)外(wai)係(xi)統(tong)有(you)機(ji)的(de)融(rong)合(he)到(dao)一(yi)起(qi)。

　　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。