基于DCS的生产管理平台设计

某采油厂自建厂以来，在联合站、注水站实施了一些自动化运行监控系统项目，对提高生产效率和减轻一线工人劳动强度起到了极大的作用，但是这些系统目前只能反映联合站或者注水站内部生产过程，满足局部生产过程的应用，数据也只是保存在建设单位本地，不利于统一挖掘使用,并且现有系统对于地上的采油、注水系统尚未涉及。没有建立一个能整体反映原油生产、油气集输、油田注水实时生产状况的应用系统。 目前，采油系统由于油井分布点多、面广，实施数据自动化采集有一定难度，对设备、工况要求比较高，所以还没有大规模的单井远程自动化监控系统，数据采集基本上依靠采油队一线工人现场录入。生产调度依据所依据的数据，大多是统计上报后约滞后一天的数据，油井生产过程中发生异常，需要等到巡井人员到井场后，才能发现，不能及时做出处理。 集输泵站和注水泵站自动化系统虽然建设情况较好，但是这些自动化系统都立足本地工业自动化应用，只能在本地反映设备状况或控制设备，还未能将自动化系统和其他生产系统相联系，无法将这些实时信息融入整体的信息系统中，形成了一个个的信息孤岛。 注水系统中，注水生产，由于注水精度不够，按照2006年5月统计，注水合格率只有50%左右，超注和欠注的水井占到总数的一半以上。 由于安全原因和其他原因，注水井在8小时外基本上处于无人值守状态，所以无法有效对注水量进行监管，也是造成注水精度不够的原因。 以上这些问题，一定程度制约了生产系统整体运行效率，所以有必要 构建统一的从原油生产开始，包括油气集输、油田注水主要生产过程；将实时数据与管网、设备的位置信息结合起来，直观的表现当前设备的状态和生产系统的运行状态；并具有一定的原油生产过程异常预警能力和调度能力；实现精细注水的实时调度指挥系统；同时建立采油厂生产过程调度预案库，逐步完善成为专家决策支持系统。 一、需求概述 油田采油在地上最重要的三个部分就是提升系统、集输系统、注水系统，对这三个系统生产运行做到实时监控、及时发现生产异常情况，协调各生产管理部门工作，对于提高生产效率、提高生产安全系数、保护设备方面都有重大意义。所以，需要在采油厂建立一个涵盖以上三个系统的自动化监测平台，该系统应具有以下特点：  采用地理信息系统（GIS）与实时数据采集、监控相结合，建立数字化管网监控、设备监控、资源调度系统；  能够实时形象地反映调度方案和工况、设备运行状况等实况信息；  将包括空间数据、多媒体等数据在内的多种数据类型结合起来集中显示，使系统表现形式丰富多样，不同部门可以在相同数据的支持下以不同的方式对数据做出不同的解释，如图形方式、报警方式、报表方式等；  以实现原油生产自动调度为目标；通过各联合站和注水泵站自动监测系统采集的实时和历史数据，可以对生产调度方案进行实际验证，最终构成专家决策（支持）系统；  充分利用目前的优化理论，建立机采系统、集输系统、注水系统优化运行的预案库，作为对原有生产自动调度的有力支持。  集成数据库方法便于网络节点的扩建，新增的自动控制采集点可以方便地增加到网络中(例如接转站等)，而不需要对系统中其他已建系统进行改动；  提供与其它业务系统之间的开放接口。系统所使用地理信息系统、数据采集与监控系统、调度模型软件之间具有文本文件、ODBC、DBCOM等多种数据接口，实现了不同模块之间的无缝集成。  整个系统具有自我诊断功能，可以有效地避免无效数据参与运算和成为控制依据。 适用对象 适用于厂领导、生产调度人员以及相关生产单位人员。 二、总体目标 建立全厂范围内生产实时调度指挥系统实践原型，在系统中实现7个联合站、1个注水站(I期)、5个计量站(I期)、6个配水间(I期)实时数据采集，并在此基础上，建立一个结合GIS(地理信息系统)和SCADA (数据采集与监视控制)系统的实时生产调度指挥系统。 在建立上述平台基础上，将目前的调度依据的数据基础提前一天，提高决策的准确性和时效性。 解决水井注水生产中，注水合格率低、超注井和欠注井并存的现状，实现精细注水和实时调控的目标。对欠注水量超过配注水量10%的水井，可做到及时预警。可根据电价的时间段特性，自动实施注水方案;将对注水井目前的8小时监管提高到24小时监管，实现注水量全程监控。 因采油系统故障发生的油井生产异常情况做到4小时内预警，对于地层原因引起的减产，10日内发现。(注:经过对某采油厂5月份停产油井(作业井和措施井)在停产前15日内的产量变化分析，因采油系统故障引起的产量下降当日极其明显，而因地质原因或效率下降进行作业或者措施的油井，在停产前10日内产量连续下滑，减产现象严重。) 充分利用现有软件系统和硬件设备，用工作流将各系统串联起来，提高工作流程的标准化程度，提高工作效率。系统的构建，应该兼容今后向管理局层级提供实时数据的需要，并满足历史数据使用的需要。 三、系统解决方案 通过在采集现有联合站和注水站自动化设备数据，利用厂内网络，实现注水站和联合站监测系统的数据共享。 配水间和注水站目前没有数据采集设备和系统，所以在计量站安装多井油气自动计量装置，用来监控油井集油管线流量、压力、温度、含水、气量。在配水间安装多井配水自动控制装置，采集水井注水流量、压力并实现水井注水自动控制，采集数据和控制数据利用CDMA进行传输。  系统通过监控守护模块获取动态实时数据后，根据预警模型规定的预警规则，将实时监测数据和预警阈值指标进行比较，以判断实时数据是否达到预警条件。如果达到预警条件，生成不同级别的告警。  报警处理：当报警生成模块生成报警后，系统报警发送模块根据报警级别用以下三种方式发送报警：  GIS电子地图声光/颜色闪烁报警：如果报警处理模块监测到报警信息，报警产生的生产设备和监测设备所属的泵站在GIS电子地图上以显著的方式闪烁报警  电话语音报警：报警产生时，报警处理模块根据报警类型和级别通过调度中心的即时通讯系统自动向相关泵站及调度中心值班电话拨打告警电话。  短消息报警：报警产生时，报警处理模块根据报警类型和级别通过调度中心的即时通讯系统自动向相关泵站及调度中心值班人员发送短消息。 自动选择调度预案：报警处理模块根据报警类型和报警级别选择事先设定好的调度预案并提交给调度人员。  通过建立预案库，并在生产过程中不断完善。使计算机系统对生产过程中的调度行为由刚开始的时候的人为设置到最终的自动调度。逐步实现计算机自动控制系统运行，关键步骤人工确认的生产运行状态。  通过计算机信息的实时传递，将调度行为建立在实时数据基础上，提高调度命令的实时性，并由于调度预案的执行，各生产管理部门之间的协调动作，将原有的处理流程网络化、自动化进行，大大提高了生产管理效率。  将上述预案定制为系统中的工作流，在需要进行调度的时候，启动一个工作流，并按照流程执行，在执行工作流过程中，与各已有系统相结合(例如巡检系统、成本系统、预算定额系统、作业设计系统等)，将采油厂实时生产自动化系统与管理信息系统对接起来，建成一体化的生产经营管理平台。 四、总体功能结构 根据应用的不同，将系统划分为以下10个子系统，并分别实现，以达到系统模块化的目的，贴近用户应用的习惯。 总体功能模块结构图 1、 各子系统功能描述 系统业务数据包括：  实时监测数据：由各种类型传感器监测到的实时数据，包括联合站、注水站内设备运行工况参数、管网压力参数、设备故障信号等。  设备台帐及运行维护数据：系统需要管理的生产设备及监测控制设备的台帐信息和运行状态信息。  巡检信息数据：由各生产单位巡检人员传递的实时位置信息和设备运行信息。  调度预案数据：由管理模式或根据人工经验生成的调度预案。  系统用户数据：使用系统的用户信息、权限信息、权限分配信息。 业务数据包括多种数据类型，如：数字、文本、声音、图像、视频等多种数据类型。 1.1数据采集子系统 采集主要信息 联合站：  通过采集联合站自动化系统实时数据库数据，获取当前设备运行参数和工况参数，实时监测设备运行状况。  对各设备采集以下参数  加药泵 /出口压力/加药量  原油外输汇管 /压力/外输温度/外输含水/外输流量  污水缓冲罐 /液位  外输泵 /出口压力 功率因数  消防罐 /液位  加热炉 /进口温度、出口温度、排烟温度 运行压力 出口压力 燃油汇管压力  脱水泵 /出口压力 进口压力 进口温度电流 电压 有功功率 无功功率  外输泵 /出口压力 进口压力 进口温度电流 电压 有功功率 无功功率  油罐 /界面 液位 罐底压力  分离器 /一级分离器压力 液位 / 二级分离器出口压力  压缩机 /原油稳定装置参数  压缩机变频器 /电压  消防泵 /电压 电流  除油罐/缓冲罐 / 液位  恒电位仪 /电压  水站来水 /流量 含油  外输污水 /含油 注水站  注水泵 进口流