罗克韦尔自动化SCADA系统助力延长气田的数字化、信息化和标准化建设

24|自动化前沿2014年7月罗克韦尔自动化为延长气田的数字化建设提供了全方位SCADA系统解决方案，从井口数字采集系统RTU自动上传井口信息；集气站的PCS控制系统和SIS仪表安全控制系统提供了先进的、开放的、稳定的技术，以实时监控站场各种工艺参数，确保生产设备和人员安全；生产调度指挥中心通过以太网把生产控制和生产信息有机的融合，大大提高了气田的生产管理效率，改善了气田的工作环境，减轻了劳动强度，降低了安全风险。背景随着延长气田的快速发展,地面建设工作量巨大,在工程管理上已建和在建工程的数据没有随时采集,日常管理与业务流还处于纸面或者口头传递阶段,数据使用效率低,历史数据没有高效用于决策,难以适应大规模建设的需要。目前,建设单位、设计单位、工程管理部门以及气田运营部门对气田数字化管理平台都有十分迫切的需求。针对气田地面工程数字化、信息化、标准化的要求，延长气田建立了适应气田地面建设管理需求的场、线、站、库地面工程数字化网络，实现按某一或诸多参数直观显示，便于生产指挥调度，满足井口优化操作、地面工程生产设备控制方案优化，以及气田地面工程便于维护管理等，并实现流程再造，有利于降低油气田生产成本，提高生产效率，降低能耗，满足大规模生产的需要。挑战SCADA系统是气田数字化建设中不可缺少的一部分，是气田地面工程的采气井口平台、集气场站生产工艺参数数据采集、设备监控、生产管理的中枢神经。罗克韦尔自动化集成架构的SCADA系统，以其先进性、开放性、可扩展性、安全性和可靠性为气田数字化建设提供了生产过程的自动化和生产管理调度的信息化的完美融合。罗克韦尔自动化SCADA系统提供了现场各种智能仪表、各种通讯协议的橇装设备的开放式接口，以控制系统为核心，无缝集成安全控制系统，无缝集成传动控制系统以及工厂信息系统，整合不同厂家控制系统的数据于一个平台，建立统一的油气业务模型，进行大数据挖掘和分析，提高生产效率及管理水平。随着油气行业油气田生产规模逐步加大，以人工记录并用电话和传真进现场应用罗克韦尔自动化SCADA系统助力延长气田的数字化、信息化和标准化建设罗克韦尔自动化　徐英无线通讯视频服务器数据服务器。。。调度中心调度中心。。。无线通讯视频服务器数据服务器。。。调度中心调度中心无线通讯视频服务器数据服务器。。。调度中心调度中心ESFTDataServerFTSEClientOSsFTHistorianServerPCSControllerStratix8300Stratix8300ESDControllerF&GControllerFoundationFieldbus[H1]RemoteIOIOchassisVibrationMonitorThirdpartySystemRouteRoutePrinters/PrinterServerDCCDCCVideoServerEtherNetControlNetSubSystemInterfacesA&E/ReportPrinterFTSEClientsCommunicationServersControlLogixPCSESD+F&GESi-TASServer(RealTime)i-TASServer(Historian)BOLPrinterDriverEntryTerminalsWeighScalesCIUCardReadersMotorOperatedValvesProductPumpsTankGaugingSystemVFMCCBatchControllerVideoServerEthernetRingorFiberRingFTVantagePointServerFTESDLPFTViewSEClientOSFTHistorianServerFTGISServerFTDirectoryServerFTAssetCentreServerPrinters/PrinterServerVideoServerGPSFTDataServerRoute2Switch1Switch2GIS/OAclientRoute1光纤通讯网无线通讯视频服务器数据服务器。。。调度中心调度中心。。。无线通讯视频服务器数据服务器。。。调度中心调度中心无线通讯视频服务器数据服务器。。。调度中心调度中心ESFTDataServerFTSEClientOSsFTHistorianServerPCSControllerStratix8300Stratix8300ESDControllerF&GControllerFoundationFieldbus[H1]RemoteIOIOchassisVibrationMonitorThirdpartySystemRouteRoutePrinters/PrinterServerDCCDCCVideoServerEthernetRingorFiberRingFTVantagePointServerFTESDLPFTViewSEClientOSFTHistorianServerFTGISServerFTDirectoryServerFTAssetCentreServerPrinters/PrinterServerVideoServerFTDataServerRoute2Switch1Switch2GIS/OAclientRoute1EthernetRingorFiberRingFTVantagePointServerDLPFTViewSEClientOSFTHistorianServerFTGISServerFTDirectoryServerFTAssetCentreServerPrinters/PrinterServerVideoServerFTHMIServerRoute2Switch1Switch2GIS/OAclientRoute1FTTransactionServerFTViewPointServerFireWallFireWall光纤通讯网络光纤通讯网图1系统配置图自动化前沿2014年7月|25行信息传输的方式已在很大程度上制约了采输生产的发展，不能适应信息及时传输和快速决策的需要。因此，利用通讯、网络工程、数据仓库、企业计算以及信息处理等多个领域的先进技术，进行源头数据的自动化采集与传输，实现远程数据中心存储，以便进行更深层次的挖掘与利用已成必然。罗克韦尔自动化的集成架构技术能够提供一套功能完善、性能稳定的生产调度指挥管理系统，并根据现场站点的规模，功能和地理位置等条件，形成分布式调度系统，以现场数字仪表、数字化井口数据采集、智能化井场(集气站)监控系统等多种采集方式的远程数字站点，通过无线通讯或者有线光纤通讯实现对油气田关键站点的实时监控和管理。附图是油气田生产控制流程典型架构，数字化井口数据采集系统通过无线通讯将数据上传到相应的集气站，各个集气站和净化厂/液化厂的过程控制数据、ESD/F&G安全仪表控制数据通过光纤通讯到区调度中心服务器，区调度中心服务器上传数据到总公司生产管理系统实现各个油气田的数字化管理。竞争优势•集成架构的SCADA系统能够融合不同厂家系统以及不同数据源，解决了企业的信息孤岛问题•FTHistorian分布式实时历史数据库，解决了网络故障造成的数据回填问题，通过螺旋压缩存储技术解决历史数据快速查询•DLR技术解决了控制系统的环形以太网冗余，实现“一网到底”的控制架构，符合控制系统的发展趋势•过程控制和SIS系统的混合控制器，降低了设计成本和维护成本•提供气体补偿流量计算AGA3、AGA7、AGA8贸易计量功能，实现井口的计量要求•SIS控制系统和过程控制系统采用统一的硬件平台和统一的编程软件平台，减少备件库存种类，降低运营和维护成本•开放的和丰富的通讯协议，不但无缝集成现场橇装系统或设备，而且融合各层次的信息系统和管理系统•现场EtherNet/IP控制网络与信息网络的完美融合，实现企业内的IT和自动控制系统的统一，助力跨越全厂的控制、可视化和决策支持解决方案系统结构(系统配置图见图1)第一层：井口数字化控制•温度，压力等生产参数上传现场应用ModBus-RTUModBus-TCP/IPModBus-RTUPCSIOChassisESDIOChassisFGSIOChassisPCSSystemSISSystemModBus-RTUModBus-TCP/IPPCSSystemSISSystem集气站集气站集气站ModBus-RTUModBus-TCP/IPPCSSystemSISSystem集气站操作员站工程师站Routes冗余历史数据服务器GPS打印服务器冗余实时数据服务器磁盘阵列WEB服务器操作员站操作员站工程师站打印机GPS时钟系统ModBus-TCPPCS+SISSystem操作员站工程师站Routes操作员站工程师站Routes操作员站工程师站Routes全线光纤主干环网和DDN备用网络井区企业办公网络集输阀室Routes井区SCADA调控中心集气站及集输阀室ModBus-RTUPCSIOChassisESDIOChassisFGSIOChassisModBus-TCPPCS+SISSystem操作员站工程师站RoutesRoutes采气井口RTU井口1#RTU井口10#RTU井口201#RTU井口301#RTU井口302#RTU井口303#RTU井口406#RTU生活区站控图２井区SCADA系统的详细配置架构图26|自动化前沿2014年7月•井口翼阀安全控制•无线通讯第二层：集气站/联合站/净化厂/液化厂集成控制系统•接收井口数据•下发井口控制/连锁名令•生产过程控制•ESD紧急停车控制•F&G火气报警保护系统•上传数据到区调中心•接收区调中心指挥命令第三层：区域调度中心•采集各个集气站/净化厂数据•指挥区域油气生产•集中监视管辖区域的井口分布以及井口生产状态•集中管理油气生产、储存、销售等业务第四层：总公司生产指挥调度中心•集中监控整个油气田的生产运行状态•集中监控和管理油气集输•实时监控钻井动态•油气田综合信息管理与调度•各个下级单位生产、销售协调与调度井区SCADA系统的详细配置架构图如图2。气田分布式生产指挥调度系统由两级调度中心，即井区调度中心和总公司调度中心构成，采用罗克韦尔自动化智能制造信息集成化FactoryTalk平台软件，实现模块化、分布式、可扩展的企业级实时数据库系统，从现场控制器级、站场服务器级到企业巨型服务器级可任意组建应用模式，支持C/S和B/S结构应用，提供丰富的企业级信息系统客户端应用和工具，大容量支持企业级应用，内部实现高数据压缩率，可实现历史数据的大量存储，灵活的扩展结构可满足各种需求，具备广泛的安全性和可跟踪性，非常适用于油气行业。其灵活的可扩展，模块化的部署，行业库继承机制和项目订制与开发等特性使其迅速成为行业的站内与广域SCADA系统的标准IT平台，结合罗克韦尔自动化的EtherNet/IP通讯网络发展，其影响力正在向工业IT领域的各个角落延伸。FactoryTalk信息制造平台是一个具有标准接口的、可二次开发的平台，其能完成来自DCS、PAS、RTU、ESD/F&G、流量计算机及其它各种具有或不具有标准通讯接口的控制系统的实时数据的采集、存储和压缩，实时数据和历史数据的检索、统计、分析和建模，并进行曲线、图表显示。可以实现流程工业中典型的应用功能，如工艺流程图展现、历史曲线分析、历史报警分析、报表管理等，主要功能如图3所示。罗克韦尔自动化数字化、智能化的生产指挥调度SCADA的系统特性；(1)完全面向对象开发的，可以实现工厂建模、设备建模；并且软件内部采用组件管理架构，在统一的平台上各组件之间通过堆砌确立关系。(2)单台服务器最大支持100,000点；单台服务器支持20个并发客户端。(3)分布式实时历史数据库软件具有三级以上冗余功能，包括数据采集冗余，数据处理冗余，数据存储冗余，而且数据存储部分支持群集技术与存储转发技术，当通讯中断时实现历史数据回填功能，网络通讯恢复后，下级数据库历史数据自