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(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SCADA應ying用yong中zhong的de數shu據ju節jie點dian則ze相xiang對dui分fen散san，大da多duo廣guang泛fan分fen布bu於yu幅fu員yuan遼liao闊kuo的de地di理li區qu域yu內nei，交jiao互hu操cao作zuo不bu頻pin繁fan，但dan是shi控kong製zhi命ming令ling的de實shi時shi性xing響xiang應ying要yao求qiu較jiao高gao，一yi般ban生sheng產chan數shu據ju的de完wan整zheng性xing要yao求qiu較jiao高gao，以yi專zhuan用yong通tong訊xun網wang絡luo或huo通tong用yong網wang絡luo組zu成cheng的de廣guang域yu網wang為wei主zhu。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)
；而(er)站(zhan)外(wai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)相(xiang)對(dui)數(shu)據(ju)實(shi)時(shi)性(xing)要(yao)求(qiu)一(yi)般(ban)
，下(xia)發(fa)數(shu)據(ju)和(he)上(shang)傳(chuan)數(shu)據(ju)采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)數(shu)據(ju)更(geng)新(xin)頻(pin)率(lv)，下(xia)發(fa)數(shu)據(ju)的(de)指(zhi)令(ling)級(ji)別(bie)要(yao)高(gao)於(yu)上(shang)傳(chuan)數(shu)據(ju)的(de)指(zhi)令(ling)級(ji)別(bie)。總(zong)體(ti)而(er)言(yan)，站(zhan)內(nei)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)或(huo)者(zhe)DCS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。

　　rongyujiegoushitigaowendingxingdezuizhijieyeshizuiyouxiaodeshouduan。qici，keyicaiyongjiangbutongdeshujufuwufensandaoduogehuozhefenbushideshujufuwuqizhongdemoshi，jiangshujufengxianfensan。zaici

，jiushitigaoshujufuwuqibenshendekekaoxing。zhesanzhongfangandounenggouyouxiaotigaoxitongdewendingxing。benxiangmucaiyonglerongyuhefenbushidemoshi，jimeigeshujufuwuqidoushirongyupeizhi，tongshigenjushujufangwenfuwudebutongtedian，jiangzhanneishujufuwuhezhanwaishujufuwufenbiebushudaoliangtaobutongdeshujufuwuqizhong，zaitigaodanshujufuwuqiduitongxunxiaolvdetongshi，fensanxiangyingdeshujufuwu。

　　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IOshujudegengxinzhouqi。yibanshujudeshishixingzhuyaoshouxianchangshebeidezhiyue，jikongzhiqishebeidetongxunnengli。shiwushishixingshizhiduishiwuchulidesudu，takeyishishijianchufafangshihuodingshichufafangshi。shijianchufashigaishijianyidanfashengkeyilikehuodexiangying，zheleishijiankeyidedaolijichuli，danbijiaoxiaohaoxitongziyuan
；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。

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

　　在PCS7 TELECONTROL解決方案中，最多可支持11對(套)shujufuwuqideshujujizhongbaocun。benxiangmuzhong，jiangliangtaoshujufuwuqideshujujizhongdaoyitaocipanzhenliezhongjinxingshujuchijiuhuabaocun。qubieyuchuantongyingjianjishu，caiyongcipanzhenlielaibaocunshujuzhuyaoyouyixiayoushi：

　　•   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geSCADA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。