紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫構(gòu)筑天然氣生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)———全國最大的SCADA系統(tǒng)：天然氣生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)
摘要：天然氣生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)采用紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)中樞，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、異常分析、遠(yuǎn)程管理，同時(shí)將信息管理引入到平臺(tái)系統(tǒng)中，打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)的信息瓶頸問題，不僅改變了原有的數(shù)據(jù)流程管理模式，也實(shí)現(xiàn)了從職能化管理到業(yè)務(wù)流程管理的轉(zhuǎn)變。天然氣生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)也是國內(nèi)迄今為之最大的SCADA系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源、群集服務(wù)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)
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.
大慶油田天然氣分公司隸屬于中國石油天然氣集團(tuán)總公司，擔(dān)負(fù)著大慶油田每年生產(chǎn)5千萬噸原油的生產(chǎn)任務(wù)，年加工濕氣20億立方米、輕烴80萬噸，是全國最大的溶解氣處理加工基地。其包括9個(gè)油氣生產(chǎn)大隊(duì)、2個(gè)儲(chǔ)運(yùn)大隊(duì)和1個(gè)銷售中心，共12個(gè)生產(chǎn)大隊(duì)，同時(shí)負(fù)責(zé)整個(gè)大慶油田的油氣集輸和油氣初加工任務(wù)。
長期以來，大慶天然氣公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集都是由崗位操作工傳輸?shù)酱箨?duì)調(diào)度，之后數(shù)據(jù)流傳輸?shù)焦菊{(diào)度的語音聯(lián)系，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)逐級上傳。傳統(tǒng)的做法有一定弊端，即：上級無法實(shí)時(shí)察看各裝置的運(yùn)行狀況，難以統(tǒng)一協(xié)調(diào)；崗位工人疲于定時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)，有可能忽視裝置運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，給安全生產(chǎn)造成了隱患。
為此，根據(jù)天然氣生產(chǎn)集輸現(xiàn)狀，在原有數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上重新開發(fā)實(shí)施了生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集監(jiān)控網(wǎng)、系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)字化平臺(tái)網(wǎng)二級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成天然氣生產(chǎn)、集輸系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息共享和生產(chǎn)管理的實(shí)時(shí)調(diào)控，支持遠(yuǎn)程移動(dòng)辦公和異地查詢。
1 組成原理及典型功能
天然氣生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的核心是紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)獲取各分站的數(shù)據(jù)，并通過WEB發(fā)布功能將收到的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示在用戶的IE瀏覽器上，并且設(shè)置群集功能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，自定義數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容定時(shí)保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。
其中，服務(wù)器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的匯總、發(fā)布和轉(zhuǎn)儲(chǔ)，為數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)；數(shù)采中心采用紫金橋組態(tài)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端。整體的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖
Fig 1 Main configuration of system
天然氣生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集層模塊包括：數(shù)據(jù)采集通訊組件（完成數(shù)據(jù)的讀取和校驗(yàn)）、通訊狀態(tài)報(bào)警組件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫二次壓縮組件（對大量的計(jì)算結(jié)果、現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)進(jìn)行二次壓縮存儲(chǔ)）、時(shí)鐘同步組件（執(zhí)行數(shù)據(jù)提供者與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器間嚴(yán)格的時(shí)鐘同步）。
首先介紹一下系統(tǒng)部分核心功能
1.1 群集群集通過協(xié)同工作方式，運(yùn)行同一套應(yīng)用程序，群集技術(shù)可使應(yīng)用平臺(tái)免于整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓以及操作系統(tǒng)和應(yīng)用層次的故障，降低因服務(wù)器故障造成的損失[2]。服務(wù)器集群包含多臺(tái)擁有共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的服務(wù)器，各服務(wù)器之間通過內(nèi)部局域網(wǎng)進(jìn)行互相連接，當(dāng)其中一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，它所運(yùn)行的應(yīng)用程序?qū)⑴c之相連的服務(wù)器自動(dòng)接管。群集技術(shù)的目標(biāo)在于通過多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高伸縮能力、可用性與可靠性[6]。
1.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ) 通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)可以把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的值按照一定的周期轉(zhuǎn)存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，這樣用戶就可以使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫所提供的各種功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[3]。
在“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)組態(tài)”中設(shè)置數(shù)據(jù)源、表名稱、表類型、方向、周期等信息。
1.3 斷點(diǎn)續(xù)傳：在生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)中，斷點(diǎn)續(xù)傳包括兩部分內(nèi)容，一部分是服務(wù)器與前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)之間，因?yàn)樘烊粴夤靖采w范圍太廣泛，網(wǎng)絡(luò)跨度太大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間網(wǎng)絡(luò)中斷的情況，中斷以后現(xiàn)場實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)就不能傳輸?shù)椒?wù)器中，斷點(diǎn)續(xù)傳功能很好地解決了這個(gè)問題：當(dāng)通訊發(fā)生故障時(shí)，前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)為服務(wù)器保存數(shù)據(jù)，當(dāng)通訊恢復(fù)正常后，前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)恢復(fù)到服務(wù)器上，保證服務(wù)器數(shù)據(jù)完整，前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)保存數(shù)據(jù)量取決于組態(tài)時(shí)的設(shè)置。另外一方面，從前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)恢復(fù)到服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，也要按照上層管理軟件的要求恢復(fù)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，保證上層管理軟件數(shù)據(jù)的完整性[7]。
2、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)環(huán)境的設(shè)計(jì)根據(jù)目前天然氣生產(chǎn)集輸現(xiàn)狀，在原有數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上開發(fā)實(shí)施了生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集監(jiān)控網(wǎng)、系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)字化平臺(tái)網(wǎng)，形成天然氣生產(chǎn)、集輸系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息共享和生產(chǎn)管理的實(shí)時(shí)調(diào)控,支持遠(yuǎn)程移動(dòng)辦公和異地查詢。
2.1硬件環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境該系統(tǒng)的硬件部分大多利用原有的工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)增加部分生產(chǎn)大隊(duì)的數(shù)據(jù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，系統(tǒng)對硬件配置要求并不高；對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而言，由于天然氣系統(tǒng)的特殊性，也決定了天然氣分公司網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜性，天然氣分公司的局域網(wǎng)基本上借助于公司下屬采油廠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且有些裝置區(qū)、計(jì)量站隊(duì)偏遠(yuǎn)，無法接入油田公司局域網(wǎng)，所以在裝置區(qū)鋪設(shè)了光纖，搭建了分公司無線網(wǎng)，由無線網(wǎng)轉(zhuǎn)接到油公司局域。
2.2 軟件環(huán)境由于裝置和集輸計(jì)量現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)安裝的時(shí)間不同，裝置和儀表類型的不同，所以底層采用的軟件環(huán)境也不同，為了能夠?qū)⒉煌浖h(huán)境采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到同一個(gè)數(shù)據(jù)庫環(huán)境中，系統(tǒng)使用了相對成熟穩(wěn)定的紫金橋組態(tài)軟件，作為上位機(jī)工作站上層和公司中心服務(wù)器端的軟件開發(fā)環(huán)境。
2.3安全措施該系統(tǒng)是一個(gè)龐大的生產(chǎn)運(yùn)營監(jiān)測管理系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)具有強(qiáng)大功能的同時(shí)，更要保證系統(tǒng)的安全性，因?yàn)樯衔粰C(jī)若遭到病毒或黑客的攻擊，不但數(shù)采監(jiān)控傳輸功能被破壞，嚴(yán)重的會(huì)造成裝置停機(jī)等生產(chǎn)事故，由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，我們進(jìn)行了如下的安全保護(hù)設(shè)計(jì)：
2.3.1系統(tǒng)抗病毒能力設(shè)計(jì)
采用網(wǎng)絡(luò)版防病毒軟件來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)安全運(yùn)行，建立嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制（包括防火墻技術(shù)、虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）對系統(tǒng)病毒的傳播有抑制作用。
2.3.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)
為維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全在無線網(wǎng)與油田局域網(wǎng)之間加入硬件防火墻加以防范，主要采用VLAN劃分子網(wǎng)和防火墻技術(shù)。
公司網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，用戶訪問互聯(lián)或外部用戶通過互聯(lián)網(wǎng)訪問本系統(tǒng)時(shí)采用防火墻軟件來有效地防止“黑客”訪問，防止信息流失和整個(gè)信息系統(tǒng)遭到破壞。另外代理服務(wù)器PROXY SERVER也提供了可擴(kuò)展的防火墻安全特性，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被他人入侵時(shí)能及時(shí)采取措施[5]。
2.3.3信息查詢安全設(shè)計(jì)
由于天然氣生產(chǎn)和集輸系統(tǒng)有很多信息需要保密，所以在服務(wù)器層開發(fā)時(shí)，根據(jù)天然氣管理的要求，按著用戶的級別和權(quán)限，設(shè)定不同的、唯一的密碼。不同級別的用戶只能訪問與其級別相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源和數(shù)據(jù)、圖形信息。
3. 生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)工作站相映的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，通過自身的通訊接口將模塊的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器上，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)、集輸控制流程和管理所需的信息創(chuàng)建發(fā)布圖形界面，所發(fā)布的信息只要有瀏覽器，便可以實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場裝置運(yùn)行和集輸情況。天然氣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)簡圖如圖2所示
圖2 天然氣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)簡圖1
Fig 2 Gas Monitoring System for real-time data diagram
圖3 天然氣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)簡圖2
Fig 3 Gas Monitoring System for real-time data diagram
圖4 天然氣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)簡圖3
Fig 4 Gas Monitoring System for real-time data diagram
圖5 天然氣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)簡圖4
Fig 5 Gas Monitoring System for real-time data diagram
3.1 主要功能實(shí)現(xiàn)概況
服務(wù)器端運(yùn)行的組態(tài)軟件平臺(tái)是天然氣生產(chǎn)、集輸數(shù)采監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的核心，是網(wǎng)絡(luò)通訊的樞紐。它是采集現(xiàn)場信息和網(wǎng)上發(fā)布的橋梁，它與現(xiàn)場上位機(jī)工作站端的通訊協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，既標(biāo)準(zhǔn)的C/S模式[1]。
系統(tǒng)服務(wù)器端具有WEB發(fā)布功能，通過紫金橋webserver可輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問，在服務(wù)器端應(yīng)用紫金橋軟件的畫圖工具，創(chuàng)建現(xiàn)場流程圖、管理報(bào)表及其他信息界面，再與服務(wù)器端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫相連，就可以將現(xiàn)場信息實(shí)時(shí)地以圖形和報(bào)表的形式發(fā)布到網(wǎng)上，非現(xiàn)場管理人員通過瀏覽器根據(jù)自己的權(quán)限和級別實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信息檢索，監(jiān)控自己所管轄的現(xiàn)場狀況，這種圖形信息網(wǎng)上發(fā)布功能是傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫幾乎無法克服的，發(fā)布的同時(shí)還將保持高度并發(fā)處理能力，WEB訪問用戶數(shù)不受限制，此系統(tǒng)在服務(wù)器端創(chuàng)建上萬個(gè)采集點(diǎn)包括了大部分裝置運(yùn)行參數(shù)和所有表示量的數(shù)據(jù)，按單位分組存儲(chǔ)，流程圖上千
