罗克韦尔自动化为延长气田的数字化建设提供了全方位SCADA 系统解决方案，从井口数字采集系统RTU自动上传井口信息;集气站的PCS控制系统和SIS仪表安全控制系统提供了先进的、开放的、稳定的技术，以实时监控站场各种工艺参数，确保生产设备和人员安全;生产调度指挥中心通过以太网把生产控制和生产信息有机的融合，大大提高了气田的生产管理效率，改善了气田的工作环境，减轻了劳动强度，降低了安全风险。
背景
随着延长气田的快速发展,地面建设工作量巨大,在工程管理上已建和在建工程的数据没有随时采集,日常管理与业务流还处于纸面或者口头传递阶段,数据使用效率低,历史数据没有高效用于决策, 难以适应大规模建设的需要。目前,建设单位、设计单位、工程管理部门以及气田运营部门对气田数字化管理平台都有十分迫切的需求。针对气田地面工程数字化、信息化、标准化的要求，延长气田建立了适应气田地面建设管理需求的场、线、站、库地面工程数字化网络，实现按某一或诸多参数直观显示，便于生产指挥调度，满足井口优化操作、地面工程生产设备控制方案优化，以及气田地面工程便于维护管理等，并实现流程再造，有利于降低油气田生产成本，提高生产效率，降低能耗，满足大规模生产的需要。
挑战
SCADA系统是气田数字化建设中不可缺少的一部分，是气田地面工程的采气井口平台、集气场站生产工艺参数数据采集、设备监控、生产管理的中枢神经。罗克韦尔自动化集成架构的SCADA 系统，以其先进性、开放性、可扩展性、安全性和可靠性为气田数字化建设提供了生产过程的自动化和生产管理调度的信息化的完美融合。罗克韦尔自动化SCADA系统提供了现场各种智能仪表、各种通讯协议的橇装设备的开放式接口，以控制系统为核心，无缝集成安全控制系统，无缝集成传动控制系统以及工厂信息系统，整合不同厂家控制系统的数据于一个平台，建立统一的油气业务模型，进行大数据挖掘和分析，提高生产效率及管理水平。
随着油气行业油气田生产规模逐步加大，以人工记录并用电话和传真进行信息传输的方式已在很大程度上制约了采输生产的发展，不能适应信息及时传输和快速决策的需要。因此，利用通讯、网络工程、数据仓库、企业计算以及信息处理等多个领域的先进技术，进行源头数据的自动化采集与传输，实现远程数据中心存储，以便进行更深层次的挖掘与利用已成必然。
罗克韦尔自动化的集成成架构技术能够提供一套功能完善、性能稳定的生产调度指挥管理系统，并根据现场站点的规模，功能和地理位置等条件，形成分布式调度系统，以现场数字仪表、数字化井口数据采集、智能化井场(集气站) 监控系统等多种采集方式的远程数字站点，通过无线通讯或者有线光纤通讯实现对油气田关键站点的实时监控和管理。附图是油气田生产控制流程典型架构，数字化井口数据采集系统通过无线通讯将数据上传到相应的集气站，各个集气站和净化厂/液化厂的过程控制数据、ESD/F&G安全仪表控制数据通过光纤通讯到区调度中心服务器，区调度中心服务器上传数据到总公司生产管理系统实现各个油气田的数字化管理。
竞争优势
● 集成架构的SCADA系统能够融合不同厂家系统以及不同数据源，解决了企业的信息孤岛问题
● FT Historian分布式实时历史数据库，解决了网络故障造成的数据回填问题，通过螺旋压缩存储技术解决历史数据快速查询
● DLR技术解决了控制系统的环形以太网冗余，实现“一网到底”的控制架构，符合控制系统的发展趋势
● 过程控制和SIS系统的混合控制器，降低了设计成本和维护成本
● 提供气体补偿流量计算AGA3、AGA7、 AGA8贸易计量功能，实现井口的计量要求
● SIS控制系统和过程控制系统采用统一的硬件平台和统一的编程软件平台，减少备件库存种类，降低运营和维护成本
● 开放的和丰富的通讯协议，不但无缝集成现场橇装系统或设备，而且融合各层次的信息系统和管理系统
● 现场EtherNet/IP控制网络与信息网络的完美融合，实现企业内的IT和自动控制系统的统一，助力跨越全厂的控制、可视化和决策支持
解决方案
系统结构(系统配置图见图1)
第一层：井口数字化控制
● 温度，压力等生产参数上传
● 井口翼阀安全控制
● 无线通讯
第二层：集气站/联合站/净化厂/液化厂集成控制系统
● 接收井口数据
● 下发井口控制/连锁名令
● 生产过程控制
● ESD紧急停车控制
● F&G火气报警保护系统
● 上传数据到区调中心
● 接收区调中心指挥命令
第三层：区域调度中心
● 采集各个集气站/净化厂数据
● 指挥区域油气生产
● 集中监视管辖区域的井口分布以及井口生产状态
● 集中管理油气生产、储存、销售等业务
第四层：总公司生产指挥调度中心
● 集中监控整个油气田的生产运行状态
● 集中监控和管理油气集输
● 实时监控钻井动态
● 油气田综合信息管理与调度
● 各个下级单位生产、销售协调与调度
井区SCADA系统的详细配置架构图如图2。
气田分布式生产指挥调度系统由两级调度中心，即井区调度中心和总公司调度中心构成，采用罗克韦尔自动化智能制造信息集成化FactoryTalk平台软件，实现模块化、分布式、可扩展的企业级实时数据库系统，从现场控制器级、站场服务器级到企业巨型服务器级可任意组建应用模式，支持C/S和B/S结构应用，提供丰富的企业级信息系统客户端应用和工具，大容量支持企业级应用，内部实现高数据压缩率，可实现历史数据的大量存储，灵活的扩展结构可满足各种需求，具备广泛的安全性和可跟踪性，非常适用于油气行业。其灵活的可扩展，模块化的部署，行业库继承机制和项目订制与开发等特性使其迅速成为行业的站内与广域SCADA系统的标准IT平台，结合罗克韦尔自动化的EtherNet/IP通讯网络发展，其影响力正在向工业IT领域的各个角落延伸。
FactoryTalk信息制造平台是一个具有标准接口的、可二次开发的平台，其能完成来自DCS、PAS、RTU、ESD/F&G、流量计算机及其它各种具有或不具有标准通讯接口的控制系统的实时数据的采集、存储和压缩，实时数据和历史数据的检索、统计、分析和建模，并进行曲线、图表显示。可以实现流程工业中典型的应用功能，如工艺流程图展现、历史曲线分析、历史报警分析、报表管理等，主要功能如图3所示。
罗克韦尔自动化数字化、智能化的生产指挥调度SCADA的系统特性;
(1) 完全面向对象开发的，可以实现工厂建模、设备建模;并且软件内部采用组件管理架构，在统一的平台上各组件之间通过堆砌确立关系。
(2) 单台服务器最大支持100,000点;单台服务器支持20个并发客户端。
(3) 分布式实时历史数据库软件具有三级以上冗余功能，包括数据采集冗余，数据处理冗余，数据存储冗余，而且数据存储部分支持群集技术与存储转发技术，当通讯中断时实现历史数据回填功能，网络通讯恢复后，下级数据库历史数据自动同步到上级数据库，确保生产历史数据不丢失。
(4) 在同一个编程软件平台上实现过程控制、安全控制(ESD/F&G)、传动控制 (变频器/智能MCC)、批量控制、离散控制等逻辑组态。一套软件实现多种控制功能，易于学习和掌握，降低维护成本。
(5) 基于未经修改的EtherNet/IP工业以太网实现自动化和信息化的无缝集成，使得IT与自动化共享网络，实现“一网到底”的企业自动化、信息化的控制架构。
● EtherNet/IP - 支持通用工业协议 (CIP)的标准以太网
– 标准的一致性: 采用与企业管理网络相同的标准协议
– 控制的实时性: CIP协议满足控制的实时性要求，实现传动控制, 安全控制, 过程控制及高速的离散控制
– 设备环形以太网控制技术，实现以太网自动化的容错冗余控制，在50个节点时环形以太网恢复时间仅为3ms
– 引领未来的工业自动化网络
(6) 整合汇总生产现场数据, 生产调度数据和业务管理数据等各个区域综合信息，定义统一的生产模型，不同部门的用户基于角色权限在同一个平台上查询信息，解决了 “信息孤岛”问题，如图4。
(7) 数据展示终端高度集成微软办公软件 Excel和SharePoint，可以创建强大而丰富的Excel生产报表功能，随意生成符合各种企业要求的报表，并在门户网站发布，通过访问IE浏览器，不需安装客户端任何人都可以查询访问报表、趋势图、仪表盘等信息。
(8) 软件集成标准的数据库接口，可外挂第三方数据库如：Oracle，对数据进行长期的保存和维护。
(9) 自动化资产的全面管理，FactoryTalk® AssetCentre提供一套以资产为核心的工具，不仅仅是对硬件资产的库存、备件等管理，通过DTM丰富视图界面可以对多个供应商的设备实现在线/ 离线编辑参数并且上传/下载组态文件。同时提供了集成源控制的控制器程序自动备份，自动识别版本变更和自动上传至服务器存储，能够确保当前设备参数配置或程序是正确有效的，实现灾难性的快速恢复生产现场技术数据。
(10) 软件支持Web服务器架构，客户端可通过IE浏览器获得项目的全部信息和操作;另可支持瘦客户端解决方案 JAVA平台。
(11) 软件支持过程行业标准的Batch和配方处理功能。
(12) 软件具有强大的诊断工具，监控软件以图形的形式显示采集各数据的各种状态，包括初始化，挂起，软件错误，通讯错误，警告，系统错误等等。系统维护人员可以轻松察看系统各种状态，诊断出错信息，排除错误。
(13) 软件有良好的可扩展性，包括系统规模的扩展(服务器端IO点数以及客户端数的扩展)，以及在统一的平台之上实现包括资源跟踪，过程质量分析等功能扩展。
(14) 软件支持ODBC、OPC、DDE等标准应用程序接口协议，集成完整的 ANSI-C脚本系统;同时提供各类API 函数的开发包，用于未来新功能扩展和行业库的集成。
罗克韦尔自动化集成架构平台的核心是 Allen-Bradley ControlLogix® ， CompactLogix™ PAC和通用的编程、开发、易用的RSLogix™ 5000 编程软件、标准的网络协议以及面向服务对象的架构。ControlLogix 以其卓越的可靠性而著称，而且，客户非常认可罗克韦尔自动化产品在油气行业中的优异品质。 工程师可以使用 RSLogix 5000在其应用中开发特需功能的控制算法和程序代码。开放式的编程平台能帮助客户团队及时完成程序开发，并轻松地集成第三方设备。在软件平台之下， 用户自定义指令 (AOI) 功能帮助保护编程源代码。
(1) 高速响应I/O链路确保工艺实时性要求，实现“一网到底”控制架构。
本项目无论在站场控制及信息化网络架构中，还是在I/O控制层与数据信息层的网络设计上，我们都提供了融合的以太网方案。系统网络的三个层级：即现场I/O层，控制信息层和管理信息层均采用了以太网技术，DLR技术保证了控制的实时性，三层网络管理型交换机技术保证了生产和信息的安全性，通过对以太网的管理满足了工业用户对网络负荷规划及安全等方面的要求。
(2) 混合控制系统，满足降低成本、节省机柜及备件要求
罗克韦尔自动化系统Logix控制平台有别于其他厂家不同的控制系统需要而采用不同的专用控制器和软件。Logix 控制平台将离散控制系统(PLC)、过程控制系统(DCS)、安全仪表控制系统(SIS)、批量控制系统、传动控制系统集成到一套控制器，通过单一的编程组态软件包实现过程控制、离散控制，以及SIL 2认证的SIS控制(ESD和 F&G系统)，降低了设计、安装、调试和维护成本。该项目中的清管站虽然工艺简单，现场测控点不多，但需要满足过程控制和SIS安全控制策略要求，因此就需要一个混合控制器，即既能满足SIL 2安全认证的处理器要求，同时满足过程控制要求的处理器。ControlLogix控制器就是理想的选择，包含控制器、过程I/O模板、 ESD控制I/O模板、F&G控制I/O模板，便于控制信号的管理和维护，节省了机柜空间，减少了备品备件库存。
效果
延长石油气田工程SCADA系统已成功的实施并投入使用(系统上位机的画面如图5)。它不仅实现了全局范围内生产数据的实时传输、动态监控、自动处理、智能查询和网络共享，而且从根本上解决了生产管理中车接人送、数据难于收集查找、信息不一致性、意见反馈不及时和繁重的资料处理等问题。
以SCADA系统为核心的气田数字化系统覆盖了气田生产、科研、管理、决策各个领域，形成了完整的信息标准体系。以前研究人员做研究的时间非常少，他们要用60%以上的时间去收集数据资料。现在由于实现数据共享，数据查询系统就可以把气田丰富的数据资产方便地提供给各位研究人员了。这些数据经过层层质检后集中管理，研究人员把数据提取出来，加载到他的研究系统中去，很快就可以做他的研究工作了，提高了研究效率，降低了开发成本。
随着气田开发深入，生产成本上升，如何提高井口采气系统效率，成为一个突出课题。SCADA系统在单井、计配站、集气站等气田生产的几个重要环节，分别建立了自动化系统，采用三种远程监控模式，实现单井、计配站和集气站的远程监控;通过智能调控技术，优化井口采气操作，改变气井单一固定生产制度，提高气井举升效率，从而实现井站的远程监控和生产管理。
（转载）
