紫金桥实时数据库构筑天然气生产指挥调度系统
2007/10/23 9:36:00
摘要：天然气生产指挥调度系统采用紫金桥实时数据库为数据中枢，实现对整个生产平台的实时监控、数据存储、处理、异常分析、远程管理，同时将信息管理引入到平台系统中，打破了传统系统的信息瓶颈问题，不仅改变了原有的数据流程管理模式，也实现了从职能化管理到业务流程管理的转变。天然气生产指挥调度系统也是国内迄今为之最大的SCADA系统。
关键词：远程数据源、群集服务器、数据转储、生产指挥调度系统
Based on real-time datebase of Natural gas production control system
Fu wen,Fan Guang-hui
(1.Daqing Petrochemical Plant , Information Technology Center,Daqing 163714, China ;
2.Real-Bridge Software Technologies Ltd . Beijing 100083, China)
Abstract : Natural gas production control system uses Real-DB as data centers, and realizes real-time monitoring,data storage and processing,analysis of anomalies,remote information management system of the platform, breaking the traditional system of information bottlenecks, it not only changed the original data flow management and also the functions from the management of the business process management changes.
Keywords : remote data sources, clustered servers, data dumps, production control systems.
大庆油田天然气分公司隶属于中国石油天然气集团总公司，担负着大庆油田每年生产5千万吨原油的生产任务，年加工湿气20亿立方米、轻烃80万吨，是全国最大的溶解气处理加工基地。其包括9个油气生产大队、2个储运大队和1个销售中心，共12个生产大队，同时负责整个大庆油田的油气集输和油气初加工任务。
长期以来，大庆天然气公司生产数据的采集都是由岗位操作工传输到大队调度，之后数据流传输到公司调度的语音联系，将生产数据逐级上传。传统的做法有一定弊端，即：上级无法实时察看各装置的运行状况，难以统一协调；岗位工人疲于定时上报数据，有可能忽视装置运行状态的监控，给安全生产造成了隐患。
为此，根据天然气生产集输现状，在原有数据采集的基础上重新开发实施了生产指挥调度系统，系统通过现场数据采集监控网、系统优化数字化平台网二级网络系统，形成天然气生产、集输系统的数字化、信息化、网络化监控平台，实现了远程数据信息共享和生产管理的实时调控，支持远程移动办公和异地查询。
1 组成原理及典型功能
天然气生产指挥调度系统的核心是紫金桥实时数据库，实时数据库负责获取各分站的数据，并通过WEB发布功能将收到的数据动态显示在用户的IE浏览器上，并且设置群集功能增加系统的稳定性，自定义数据转储，将实时数据库中的内容定时保存在关系数据库中。
其中，服务器主要负责数据的汇总、发布和转储，为数据分析提供数据依据；数采中心采用紫金桥组态软件，负责数据的采集，并将采集到的数据传送给紫金桥实时数据库服务器端。整体的系统架构图如图1所示。
图1 系统架构图
Fig 1 Main configuration of system
天然气生产指挥调度系统数据采集层模块包括：数据采集通讯组件（完成数据的读取和校验）、通讯状态报警组件、实时数据库二次压缩组件（对大量的计算结果、现场实时数据、管理数据进行二次压缩存储）、时钟同步组件（执行数据提供者与实时数据库服务器间严格的时钟同步）。
首先介绍一下系统部分核心功能
1.1 群集
群集通过协同工作方式，运行同一套应用程序，群集技术可使应用平台免于整个系统的瘫痪以及操作系统和应用层次的故障，降低因服务器故障造成的损失[2]。服务器集群包含多台拥有共享数据存储空间的服务器，各服务器之间通过内部局域网进行互相连接，当其中一台服务器发生故障时，它所运行的应用程序将与之相连的服务器自动接管。群集技术的目标在于通过多层网络结构进一步提高伸缩能力、可用性与可靠性[6]。
1.2 数据转储
通过数据转储可以把实时数据库中的值按照一定的周期转存到关系数据库中，这样用户就可以使用关系数据库所提供的各种功能对数据进行处理[3]。
在“数据转储组态”中设置数据源、表名称、表类型、方向、周期等信息。
1.3 断点续传：
在生产指挥调度系统中，断点续传包括两部分内容，一部分是服务器与前置数据采集计算机之间，因为天然气公司覆盖范围太广泛，网络跨度太大，经常会出现前置数据采集计算机与服务器之间网络中断的情况，中断以后现场实时生产数据就不能传输到服务器中，断点续传功能很好地解决了这个问题：当通讯发生故障时，前置数据采集计算机会自动为服务器保存数据，当通讯恢复正常后，前置数据采集计算机会自动将数据恢复到服务器上，保证服务器数据完整，前置数据采集计算机保存数据量取决于组态时的设置。另外一方面，从前置数据采集计算机恢复到服务器中的数据，也要按照上层管理软件的要求恢复到关系数据库中，保证上层管理软件数据的完整性[7]。
2、实时数据采集系统环境的设计
根据目前天然气生产集输现状，在原有数据采集的基础上开发实施了生产指挥调度系统，系统通过现场数据采集监控网、系统优化数字化平台网，形成天然气生产、集输系统的数字化、信息化、网络化监控平台，实现了远程数据信息共享和生产管理的实时调控,支持远程移动办公和异地查询。
2.1硬件环境及网络环境
该系统的硬件部分大多利用原有的工控机实现，同时增加部分生产大队的数据服务器和数据采集服务器，系统对硬件配置要求并不高；对于网络环境而言，由于天然气系统的特殊性，也决定了天然气分公司网络环境的复杂性，天然气分公司的局域网基本上借助于公司下属采油厂的网络环境，并且有些装置区、计量站队偏远，无法接入油田公司局域网，所以在装置区铺设了光纤，搭建了分公司无线网，由无线网转接到油公司局域。
2.2 软件环境
由于装置和集输计量现场监控系统安装的时间不同，装置和仪表类型的不同，所以底层采用的软件环境也不同，为了能够将不同软件环境采集的数据存储到同一个数据库环境中，系统使用了相对成熟稳定的紫金桥组态软件，作为上位机工作站上层和公司中心服务器端的软件开发环境。
2.3安全措施
该系统是一个庞大的生产运营监测管理系统，在保证系统具有强大功能的同时，更要保证系统的安全性，因为上位机若遭到病毒或黑客的攻击，不但数采监控传输功能被破坏，严重的会造成装置停机等生产事故，由于网络的复杂性，我们进行了如下的安全保护设计：
2.3.1系统抗病毒能力设计
采用网络版防病毒软件来保护网络操作系统安全运行，建立严格的网络安全机制（包括防火墙技术、虚拟网络技术）对系统病毒的传播有抑制作用。
2.3.2网络系统安全设计
为维护网络系统安全在无线网与油田局域网之间加入硬件防火墙加以防范，主要采用VLAN划分子网和防火墙技术。
公司网络内部，用户访问互联或外部用户通过互联网访问本系统时采用防火墙软件来有效地防止“黑客”访问，防止信息流失和整个信息系统遭到破坏。另外代理服务器PROXY SERVER也提供了可扩展的防火墙安全特性，使网络系统被他人入侵时能及时采取措施[5]。
2.3.3信息查询安全设计
由于天然气生产和集输系统有很多信息需要保密，所以在服务器层开发时，根据天然气管理的要求，按着用户的级别和权限，设定不同的、唯一的密码。不同级别的用户只能访问与其级别相适应的网络资源和数据、图形信息。
3. 生产指挥调度系统整体设计与实现
与上位机工作站相映的实时数据库，通过自身的通讯接口将模块的数据传送到服务器上，同时根据现场生产、集输控制流程和管理所需的信息创建发布图形界面，所发布的信息只要有浏览器，便可以实时查看现场装置运行和集输情况。天然气实时数据监控系统简图如图2所示
图2 天然气实时数据监控系统简图1
Fig 2 Gas Monitoring System for real-time data diagram
图3 天然气实时数据监控系统简图2
Fig 3 Gas Monitoring System for real-time data diagram
图4 天然气实时数据监控系统简图3
Fig 4 Gas Monitoring System for real-time data diagram
图5 天然气实时数据监控系统简图4
Fig 5 Gas Monitoring System for real-time data diagram
3.1 主要功能实现概况
服务器端运行的组态软件平台是天然气生产、集输数采监控传输系统的核心，是网络通讯的枢纽。它是采集现场信息和网上发布的桥梁，它与现场上位机工作站端的通讯协议采用TCP/IP协议，既标准的C/S模式[1]。
系统服务器端具有WEB发布功能，通过紫金桥webserver可轻松实现网络访问，在服务器端应用紫金桥软件的画图工具，创建现场流程图、管理报表及其他信息界面，再与服务器端的实时数据库相连，就可以将现场信息实时地以图形和报表的形式发布到网上，非现场管理人员通过浏览器根据自己的权限和级别实现复杂信息检索，监控自己所管辖的现场状况，这种图形信息网上发布功能是传统关系型数据库几乎无法克服的，发布的同时还将保持高度并发处理能力，WEB访问用户数不受限制，此系统在服务器端创建上万个采集点包括了大部分装置运行参数和所有表示量的数据，按单位分组存储，流程图上千
关键词：远程数据源、群集服务器、数据转储、生产指挥调度系统
Based on real-time datebase of Natural gas production control system
Fu wen,Fan Guang-hui
(1.Daqing Petrochemical Plant , Information Technology Center,Daqing 163714, China ;
2.Real-Bridge Software Technologies Ltd . Beijing 100083, China)
Abstract : Natural gas production control system uses Real-DB as data centers, and realizes real-time monitoring,data storage and processing,analysis of anomalies,remote information management system of the platform, breaking the traditional system of information bottlenecks, it not only changed the original data flow management and also the functions from the management of the business process management changes.
Keywords : remote data sources, clustered servers, data dumps, production control systems.
大庆油田天然气分公司隶属于中国石油天然气集团总公司，担负着大庆油田每年生产5千万吨原油的生产任务，年加工湿气20亿立方米、轻烃80万吨，是全国最大的溶解气处理加工基地。其包括9个油气生产大队、2个储运大队和1个销售中心，共12个生产大队，同时负责整个大庆油田的油气集输和油气初加工任务。
长期以来，大庆天然气公司生产数据的采集都是由岗位操作工传输到大队调度，之后数据流传输到公司调度的语音联系，将生产数据逐级上传。传统的做法有一定弊端，即：上级无法实时察看各装置的运行状况，难以统一协调；岗位工人疲于定时上报数据，有可能忽视装置运行状态的监控，给安全生产造成了隐患。
为此，根据天然气生产集输现状，在原有数据采集的基础上重新开发实施了生产指挥调度系统，系统通过现场数据采集监控网、系统优化数字化平台网二级网络系统，形成天然气生产、集输系统的数字化、信息化、网络化监控平台，实现了远程数据信息共享和生产管理的实时调控，支持远程移动办公和异地查询。
1 组成原理及典型功能
天然气生产指挥调度系统的核心是紫金桥实时数据库，实时数据库负责获取各分站的数据，并通过WEB发布功能将收到的数据动态显示在用户的IE浏览器上，并且设置群集功能增加系统的稳定性，自定义数据转储，将实时数据库中的内容定时保存在关系数据库中。
其中，服务器主要负责数据的汇总、发布和转储，为数据分析提供数据依据；数采中心采用紫金桥组态软件，负责数据的采集，并将采集到的数据传送给紫金桥实时数据库服务器端。整体的系统架构图如图1所示。
图1 系统架构图
Fig 1 Main configuration of system
天然气生产指挥调度系统数据采集层模块包括：数据采集通讯组件（完成数据的读取和校验）、通讯状态报警组件、实时数据库二次压缩组件（对大量的计算结果、现场实时数据、管理数据进行二次压缩存储）、时钟同步组件（执行数据提供者与实时数据库服务器间严格的时钟同步）。
首先介绍一下系统部分核心功能
1.1 群集
群集通过协同工作方式，运行同一套应用程序，群集技术可使应用平台免于整个系统的瘫痪以及操作系统和应用层次的故障，降低因服务器故障造成的损失[2]。服务器集群包含多台拥有共享数据存储空间的服务器，各服务器之间通过内部局域网进行互相连接，当其中一台服务器发生故障时，它所运行的应用程序将与之相连的服务器自动接管。群集技术的目标在于通过多层网络结构进一步提高伸缩能力、可用性与可靠性[6]。
1.2 数据转储
通过数据转储可以把实时数据库中的值按照一定的周期转存到关系数据库中，这样用户就可以使用关系数据库所提供的各种功能对数据进行处理[3]。
在“数据转储组态”中设置数据源、表名称、表类型、方向、周期等信息。
1.3 断点续传：
在生产指挥调度系统中，断点续传包括两部分内容，一部分是服务器与前置数据采集计算机之间，因为天然气公司覆盖范围太广泛，网络跨度太大，经常会出现前置数据采集计算机与服务器之间网络中断的情况，中断以后现场实时生产数据就不能传输到服务器中，断点续传功能很好地解决了这个问题：当通讯发生故障时，前置数据采集计算机会自动为服务器保存数据，当通讯恢复正常后，前置数据采集计算机会自动将数据恢复到服务器上，保证服务器数据完整，前置数据采集计算机保存数据量取决于组态时的设置。另外一方面，从前置数据采集计算机恢复到服务器中的数据，也要按照上层管理软件的要求恢复到关系数据库中，保证上层管理软件数据的完整性[7]。
2、实时数据采集系统环境的设计
根据目前天然气生产集输现状，在原有数据采集的基础上开发实施了生产指挥调度系统，系统通过现场数据采集监控网、系统优化数字化平台网，形成天然气生产、集输系统的数字化、信息化、网络化监控平台，实现了远程数据信息共享和生产管理的实时调控,支持远程移动办公和异地查询。
2.1硬件环境及网络环境
该系统的硬件部分大多利用原有的工控机实现，同时增加部分生产大队的数据服务器和数据采集服务器，系统对硬件配置要求并不高；对于网络环境而言，由于天然气系统的特殊性，也决定了天然气分公司网络环境的复杂性，天然气分公司的局域网基本上借助于公司下属采油厂的网络环境，并且有些装置区、计量站队偏远，无法接入油田公司局域网，所以在装置区铺设了光纤，搭建了分公司无线网，由无线网转接到油公司局域。
2.2 软件环境
由于装置和集输计量现场监控系统安装的时间不同，装置和仪表类型的不同，所以底层采用的软件环境也不同，为了能够将不同软件环境采集的数据存储到同一个数据库环境中，系统使用了相对成熟稳定的紫金桥组态软件，作为上位机工作站上层和公司中心服务器端的软件开发环境。
2.3安全措施
该系统是一个庞大的生产运营监测管理系统，在保证系统具有强大功能的同时，更要保证系统的安全性，因为上位机若遭到病毒或黑客的攻击，不但数采监控传输功能被破坏，严重的会造成装置停机等生产事故，由于网络的复杂性，我们进行了如下的安全保护设计：
2.3.1系统抗病毒能力设计
采用网络版防病毒软件来保护网络操作系统安全运行，建立严格的网络安全机制（包括防火墙技术、虚拟网络技术）对系统病毒的传播有抑制作用。
2.3.2网络系统安全设计
为维护网络系统安全在无线网与油田局域网之间加入硬件防火墙加以防范，主要采用VLAN划分子网和防火墙技术。
公司网络内部，用户访问互联或外部用户通过互联网访问本系统时采用防火墙软件来有效地防止“黑客”访问，防止信息流失和整个信息系统遭到破坏。另外代理服务器PROXY SERVER也提供了可扩展的防火墙安全特性，使网络系统被他人入侵时能及时采取措施[5]。
2.3.3信息查询安全设计
由于天然气生产和集输系统有很多信息需要保密，所以在服务器层开发时，根据天然气管理的要求，按着用户的级别和权限，设定不同的、唯一的密码。不同级别的用户只能访问与其级别相适应的网络资源和数据、图形信息。
3. 生产指挥调度系统整体设计与实现
与上位机工作站相映的实时数据库，通过自身的通讯接口将模块的数据传送到服务器上，同时根据现场生产、集输控制流程和管理所需的信息创建发布图形界面，所发布的信息只要有浏览器，便可以实时查看现场装置运行和集输情况。天然气实时数据监控系统简图如图2所示
图2 天然气实时数据监控系统简图1
Fig 2 Gas Monitoring System for real-time data diagram
图3 天然气实时数据监控系统简图2
Fig 3 Gas Monitoring System for real-time data diagram
图4 天然气实时数据监控系统简图3
Fig 4 Gas Monitoring System for real-time data diagram
图5 天然气实时数据监控系统简图4
Fig 5 Gas Monitoring System for real-time data diagram
3.1 主要功能实现概况
服务器端运行的组态软件平台是天然气生产、集输数采监控传输系统的核心，是网络通讯的枢纽。它是采集现场信息和网上发布的桥梁，它与现场上位机工作站端的通讯协议采用TCP/IP协议，既标准的C/S模式[1]。
系统服务器端具有WEB发布功能，通过紫金桥webserver可轻松实现网络访问，在服务器端应用紫金桥软件的画图工具，创建现场流程图、管理报表及其他信息界面，再与服务器端的实时数据库相连，就可以将现场信息实时地以图形和报表的形式发布到网上，非现场管理人员通过浏览器根据自己的权限和级别实现复杂信息检索，监控自己所管辖的现场状况，这种图形信息网上发布功能是传统关系型数据库几乎无法克服的，发布的同时还将保持高度并发处理能力，WEB访问用户数不受限制，此系统在服务器端创建上万个采集点包括了大部分装置运行参数和所有表示量的数据，按单位分组存储，流程图上千
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