油田测控系统标准化设计

油田测控系统标准化设计

李跃波

大庆油田采油一厂

针对油田测控系统上下位应用组态软件、通信方式、人机界面、编程模式各异而导致的种种弊端，提出根据不同站别开发微机测控系统，对站库测控系统的硬件配置、软件功能、编程方式的标准化模式进行前瞻规范，实现测控系统数据采集、数据显示、报警、计量报表等功能的规范统一。对油田测控系统的数据远程传输、集中监控功能的进一步完善，提出具有推广价值的规划性建议。

油田测控系统；通信方式；上位系统；下位系统

1 油田测控系统简介

测控系统一般由下位系统和上位系统组成。下位系统与现场仪表、执行机构进行实时通信，完成数据计算、系统控制的逻辑判断等工作；上位系统通过与下位系统连接进行人机界面显示、控制，完成下位系统采集数据的显示、参数设定及报表生成、打印等工作。

油田测控系统从硬件类型上可分为工业PC机、单片机、PLC可编程控制器。工业PC机系统应用于采集量较少的转油站、增压站等，实现生产数据的检测、计量；单片机（即818数据采集器）应用于转油站含水分析仪系统；PLC可编程控制器应用于联合站、转油放水站、配制站、注水（注入）站，它采用了可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制油田生产过程，实现生产参数的调节、开关联锁控制等功能。PC机系统结构见图1。

图1 PC机系统结构

2 存在的问题

随着测控技术的快速发展，测控系统被广泛应用到油田生产的数据监测、过程自动控制等环节，在实际应用中主要存在以下问题：

（1）通信方式不统一。油田测控系统使用的通信（组网）方式有很多种，例如工业以太网、工业总线等，不同的网络通信方式，在通信协议、接线方法等方面都存在差异，没有统一的检测端口，因此，在进行测试时，必须将自控系统停运切换成手动控制，给安全生产带来隐患。

（2）上位组态软件多。以采油一厂为例，上位组态软件有11种，测控系统使用不同的上位组态软件进行开发，界面风格不统一，信息调取、报警设定方式各异。即使是同类站型，在使用不同软件开发时，表现出的界面风格、控制方式也不同，增加了系统维护的难度。

（3）软件设计有缺陷。软件设计缺陷主要体现在四个方面：一是参数存储在上位系统。目前测控系统参数存储都设置在上位系统，一旦上位系统硬盘损坏，生产参数将会全部丢失。二是部分上位系统不能进行参数修改。油田生产工况是不断变化的，相关参数也要经常设置、修改，而部分测控系统在上位机没有参数设置、修改的界面，若想改动，必须将系统导入手动控制，通过修改下位软件才能实现，这样既影响生产的连续性，又存在安全隐患。三是数据显示没有地址跟踪。被测参数只有显示，没有对应的数据采集地址，在维修时，需要对全部通道进行排查才能确定数据来源，极大地降低了维修效率。四是部分系统报表功能不完善。部分测控系统没有历史报表定期清理功能，报表存储空间不断增大，最后导致系统资源不足而无法正常运行。

3 规范系统功能模式

针对油田测控系统在应用中存在的问题，提出以标准化设计为方向，逐步规范油田测控系统功能模式。

（1）利用串行通信技术，统一通信模式。在硬件配置上统一配接以太网卡通信模块。基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络的各个层次的要求，与传统的总线技术相比，具有良好的兼容性及多业务承载能力。配接以太网卡通信模块，可以实现检测端口的统一，检测时不影响油田正常生产：一方面极大地提高测试工作效率，确保生产的稳定运行；另一方面为油田生产数据远传、集中监控等扩展功能的实现，提供了可靠的设备支持。利用串行通信技术统一通信模式，从根本上解决通信方式不统一带来的种种弊端。

（2）规范功能框架，统一人机界面风格。根据不同站库类型微机测控系统的不同使用要求，规范站库测控系统功能框架，采用开放式组态软件，组态运行应用程序、报表输出应用程序、控件管理程序、数据存储管理程序、数据处理控件及函数库等各种子程序，对同一类型站库制定统一系统功能，即同一类型站库的图形文本系统、报警信息系统、报表系统、变量档案库等实现的功能都遵照一种标准，这样，通过规范功能框架实施标准化设计，利用开放的组态环境统一人机界面风格，从根本上解决因上位组态软件多导致的系统维修维护难的现状，能够极大地提高油田测控系统管理水平。

（3）可编程控制系统下位机编程模块化设计。利用开放的数据库结构，根据不同站库类型的具体使用要求，对模拟量输入/输出模块、离散量输入/输出模块、脉冲量计数模块、电源模块、扩展接口、CPU模块等均进行标准设计，对不同站库类型分别建立标准PLC系统流程框图，规范采集、控制调节、报警、控制保护等子程序的执行顺序方式，实现系统的开关量逻辑控制、模拟量闭环控制、数字量智能控制、数据采集与监控的标准规范，从根本上解决测控系统在实际应用中由于软件设计导致的问题。

（栏目主持 张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.030