三维力控实时数据库pSpace在胜利油田油气集输生产中的应用

1、前言
　　胜利油田油气集输公司是胜利油田从事油气集输的专业化生产企业，主要担负胜利油田原油外输、天然气生产集输及轻烃生产任务。管理着9个气田，187口气井，24座集配气站，总长240公里的天然气输气管道和220公里的输油管道，8座大中型输油站库，2座压气站和3套轻烃回收装置。所辖13个三级单位，具有点多、线长、面广、易燃易爆、高温高压的特点。
　　 前些年，在信息化建设中，已经开发应用了多套DCS、PLC自动化系统。为了整合这些独立的系统，实现数据共享，我们经过多年的研究试验，引进了三维力控实时数据库pSpace。
　　
2、实时数据库
　　我公司大型轻烃装置和设备已基本实现了自动化，共有DCS系统5套，plc系统2套。但是这些系统建设时间不一，软件系统各异，接口各不相同，系统各自独立，妨碍了信息共享利用。
　　2001年，我们决定把东营压气站大型离心压缩机组自动化系统横河DCS CS1000联入局域网，使用OPC方式通过VB、VC编程实现了在浏览器中实时监控画面及其历史曲线。通过这次尝试，我们感到自行编程方式来实现与工业控制系统的互联，达到从监控、报警、自动报表计算等功能确实有一定难度并且通用性差，每套系统都照此开发一套，不仅价格高，而且随着生产变动，系统也可能随着相应改变，程序也需维护。总之，开发成本高、移植性差、扩展性差、维护成本高并且升级成本与日骤增。
　　经过对当前实时数据库调研分析后，我们认为三维力控实时数据库pSpace，不论从性能价格比还是软件易用程度较符合我公司的情况。它具有极强数据处理能力的服务器，丰富的多数据采集接口、以及功能实用的数据查询分析工具，以pSpace作为整个公司的实时数据库，向下集成全公司的生产数据，横向可关系统型数据库（oracle）进行双向数据交换，向上为各种生产管理应用系统提供平台支持，起到了两个层面之间的桥梁作用使生产过程控制系统和管理信息系统相结合，从监测和考核原材料及水、电、汽、风的用量入手，减少能耗物耗；分析事故原因，可建立一套由几个关键参数组成的关联报警方案，以避免事故的再次发生；分析过去的工艺情况，可查找并消除生产运行瓶颈，优化生产过程，提高生产运行效率；对比分析操作参数与运行质量的关系，可更好地将运行质量控制在最恰当的范围，最终实现生产企业管控一体化。
　　
3、实时数据库的设计
　　油气集输公司下属单位地理位置分布极为广泛，是典型的点多、线长。为保证数据传输，在主要生产站场设一台区域数据库服务器，公司中心机房设一台perspace实时数据库服务器，负责实时数据的收集、整理和web发布。
　　3.1实时数据库设计方案
　　

　　
　　3.2 工控内部网特点
　　 为保证网络安全，设置力控本地数据库的微机安装两块网卡，一块网卡与管理局的局域网相连接，一块网卡与工控的操作站以内网方式连接，这台起到网关作用的机器由各站维护人员及时负责升级防病毒软件和给系统打补丁，把不安全因素控制在这一端，避免一些外部因素对操作站的直接冲击，如果四级单位有多个不同自控系统操作站，维护工作主要集中在负责上传数据的本地力控机，把住入口基本上控制了网络病毒在内部网的侵蚀，并且内部其它机器可通过这台力控间接从网络上下载一些必要程序，方便了软件的升级。
　　
　　3.3 实时数据库采集设计方案
　　3.3.1当DCS具有OPC或DDE接口时，本地实时数据库只需通过以太网就可以以远程方式采集DCS数据。
　　3.3.2对于PLC，本地实时数据库需要通过与PLC相匹配的通讯接口采集PLC数据。
　　3.3.3对于没有开放接口的DCS，本地实时数据库需要通过专用驱动程序通过相匹配的通讯网络采集DCS数据。
　　3.3.4对于已经实现数据采集的装置，可以通过DDE、OPC、ODBC等方式将数据直接采集进入本地实时数据库。
　　3.3.5 有些实时数据进行计算处理后，通过ODBC送到关系数据库做更深层应用。
　　
4、实时数据库在原油库自动化改造中的应用
　　 2002年底，我们对东营油库实施了全库自动化改造。
　　4.1原油库自动化改造情况简介
　　 原油库自动化改造是公司规模最大、采集点数最多的自动化项目，也公司输油站库一次大规模的自动化。因其内部岗位分散，在内部交换数据采用工业以太网，除各岗位有操作站外，并设有中心控制室，对整个原油进行全面监控。
　　 改造实施内容：东营原油库自动化改造以数据采集为重点，加上部分控制系统，此次实施包括六个重要岗位：流量计岗、罐区计量岗、泵房岗、加热炉岗、锅炉岗、外销流量计。
　　根据情况实际情况，我们选用了德国西门子SIEMENS S7-400自动控制系统。全装置共有6个控制室：4个现场控制室各设一个操作员站，用来监控本岗位的工艺过程。中央控制室设1个操作员站和1个工程师站，操作员站可以监控全装置的工艺过程，工程师站除了可以编程组态外，也可以作为操作员站来使用。
　　 整个控制系统使用2套冗余的414H控制器，其中流量计岗和西流量计岗用1套控制器；计量岗和其他三个岗位共用1套控制器。各岗位的I/O信号模块安装在本地的控制柜中，它们和控制器之间通过PROFIBUS现场总线相连接。其系统结构图如图1所示：
　　
　　
　　
　　怎样通过局域网，对现场过程、历史曲线等应用远程浏览是此次自动化改造面临的新问题。西门子的组态软件WINCC具有直接发布功能，现场施工的工程技术人员更倾向于使用WINCC自带的WEB发布功能即从操作站上把现有组态画面网上直接发布,他们认为不但所有组态可以原样保留，不增加工作量，可通过权限来控制，但我们却认为如果这样实施首先带来的安全问题不容忽视；其次是针对性不强，因网上浏览以管理技术人员为主，一些详细的操作画面完全没有必要，如方便操作员的所有控制组画面，本地发布，数据不统一存储，将会造成全公司自控化系统发布不统一，不但难于管理，维护难度增加，而且更深层次的应用如优化运行、故障分析等无法展开。力控实时数据库pSpace解决方案的整体引入即建立原油库本地二级实时数据存储，公司建立一级实时数据发布、存储中心。初始我们采用step7 opc server方式向pSpace传送数据，使用一个阶段后，我们改为采用通过在力控中配置I/O驱动中softnets7来直接从工业以太网上读I/O设备，力控当作为成plc系统的一个的操作站，某些转换用pSpace的脚本完全可实现，完全能够更快更迅速地采集西门子PLC的数据，同时实时地向设在公司的中心服务器传输数据。
　　设在中控室的力控上传局域网的监控机器既在原油库内部的工业以太网上，同时又在局域网上，完全起到网关的作用，它有选择性进行组态显示原油库各采集点的重要参数，控制点没有进行组态，从源头上保证数据的安全性。原油库西门子S7-400实时数据上传局域网解决方案的成功实施，我公司全面实施自控系统远程监控开做了尝试，它集成了大量的生产实时数据，打破了过去生产实时数据停留在各岗位的局限，实现了全公司生产实时数据的共享。有了它，生产调度可以及时全面了解生产情况，迅速处理种种突发事件。今后集输公司现有各生产岗位的重要实时参数，可统一存储和管理，并可保存几年的历史数据，通过对连续生产中存在着大量的实时数据处理、存储和集成建立历史数据曲线、报警查询、异常报警、控制点监视、事故追忆等应用。远程监测关键参数运行状态，使生产的运行状态保持平稳，提高操作水平。
　　中心实时库建立所需的数据源，使用server、client应答与远端区域数据库进行交互。