李玉東 謝虎 吳賓 付莉

摘要：傳統(tǒng)氣田生產(chǎn)監(jiān)控模式以作業(yè)區(qū)監(jiān)控為主，近年來逐步實現(xiàn)了廠級集中監(jiān)控，但監(jiān)控平臺應用范圍仍局限于生產(chǎn)網(wǎng)絡，且主要面向監(jiān)控崗。作為生產(chǎn)決策主體的廠機關技術崗位、管理崗位卻難以及時全面掌握現(xiàn)場最新生產(chǎn)動態(tài)，缺少實時生產(chǎn)監(jiān)控管理業(yè)務支撐的生產(chǎn)指揮調度平臺也無法取得即時指揮調度的預期效果。由此，急需建立面向生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)管理兩級應用的生產(chǎn)運行管理模式，實現(xiàn)一體化設計、分層化應用，提升上下級聯(lián)動監(jiān)控管理能力。

關鍵詞：兩級監(jiān)控；配置同步；數(shù)據(jù)聯(lián)動；分層管理

一、前言

新疆油田采氣一廠共包括克拉美麗、瑪河、盆五、克75、新區(qū)五個作業(yè)區(qū)，且各作業(yè)區(qū)已通過邏輯專網(wǎng)改造打通了與廠機關的網(wǎng)絡連通，具備了將實時數(shù)據(jù)采集回傳至廠機關進行集中監(jiān)控的時機。同時借助油田公司邏輯專網(wǎng)的網(wǎng)絡條件打通生產(chǎn)網(wǎng)與辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)單向傳遞通道，實現(xiàn)跨網(wǎng)絡的生產(chǎn)監(jiān)測管理[1]。由此，可克服傳統(tǒng)的生產(chǎn)監(jiān)控管理模式中存在的如下問題[2]：

（一）克服了作業(yè)區(qū)分散監(jiān)控所需投入人員多、管理分散的問題，實現(xiàn)了生產(chǎn)監(jiān)控由作業(yè)區(qū)分散管理向廠級集中管理模式的轉變。

（二）克服了廠機關技術人員、管理人員無法即時了解現(xiàn)場生產(chǎn)實時動態(tài)的不足，可隨時調取現(xiàn)場實時動態(tài)，進行業(yè)務關注與分析。

（三）克服了傳統(tǒng)多級生產(chǎn)管理方案系統(tǒng)運維復雜度高、配置信息不一致、數(shù)據(jù)中斷無法恢復等難題，實現(xiàn)了上下級配置自動同步機制、斷點續(xù)傳機制，系統(tǒng)可維護性、可用性的大幅提升。

二、兩級監(jiān)控模式設計

（一）模式定義

兩級監(jiān)控以生產(chǎn)網(wǎng)（采用邏輯專網(wǎng)）、辦公網(wǎng)兩套網(wǎng)絡作為劃分邊界，并按崗位不同進行業(yè)務的劃分，形成生產(chǎn)網(wǎng)以監(jiān)控運行為主、辦公網(wǎng)以決策分析為主的分層級監(jiān)控管理模式。一級監(jiān)控：面向生產(chǎn)監(jiān)控崗位，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測與控制，確保現(xiàn)場生產(chǎn)運行的合理、安全運行。二級監(jiān)控：一方面，面向生產(chǎn)運行管理崗位，實現(xiàn)生產(chǎn)實時監(jiān)測與即時分析，并為生產(chǎn)決策指揮提供數(shù)據(jù)支撐；另一方面，面向領導崗位，針對重點工藝運行動態(tài)、現(xiàn)場重要措施改進效果、階段關注參數(shù)，提供信息即時查閱手段，為下一步工作指導意見提供參考依據(jù)。

（二）部署模式

采用整體規(guī)劃、分層部署的模式，實現(xiàn)層級化部署管理模式[3-4]。

1.一級監(jiān)控平臺部署方案

在廠機房生產(chǎn)網(wǎng)環(huán)境，部署工控網(wǎng)生產(chǎn)監(jiān)控平臺、實時數(shù)據(jù)庫及其他相關服務，在各作業(yè)區(qū)部署實時數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)采集服務。

（1）作業(yè)區(qū)實時數(shù)據(jù)采集服務負責采集各作業(yè)區(qū)范圍內的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)從現(xiàn)場RTU、PLC、DCS獲取后，一方面寫入作業(yè)區(qū)實時數(shù)據(jù)庫保存，另一方面自動推送至廠機房實時數(shù)據(jù)庫。

（2）生產(chǎn)網(wǎng)生產(chǎn)監(jiān)控平臺除為監(jiān)控崗提供監(jiān)控服務外，還能夠支持點表、組態(tài)文件、報警規(guī)則的修改完善。修改完善后的信息寫入系統(tǒng)自帶的基礎數(shù)據(jù)庫，同時將點表信息自動同步傳至各作業(yè)區(qū)服務器，確保兩級實時數(shù)據(jù)庫之間的點表配置一致性。

2.二級監(jiān)控平臺部署方案

在廠機房辦公網(wǎng)環(huán)境，部署辦公網(wǎng)生產(chǎn)監(jiān)控平臺、實時數(shù)據(jù)庫及相關服務。

（1）數(shù)據(jù)來源一，一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺的實時數(shù)據(jù)和配置文件，由后臺服務自動執(zhí)行完成信息同步，確保兩級監(jiān)控平臺間配置、數(shù)據(jù)的一致性。

（2）數(shù)據(jù)來源二，生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)對象基礎信息、生產(chǎn)日報數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)等等，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)訪問接口調用完成。

（3）辦公網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫，定位于為辦公網(wǎng)范疇內相關應用系統(tǒng)及第三方數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)服務。

（三）兩級監(jiān)控平臺功能設計

1.一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺[5]

包括氣井監(jiān)控、集氣站監(jiān)控、淺冷工藝監(jiān)控、深冷工藝監(jiān)控、通訊監(jiān)測、曲線分析、斷點續(xù)傳、組態(tài)管理、點表管理、報警管理等功能模塊。

（1）氣井監(jiān)控功能實現(xiàn)了作業(yè)區(qū)所有自動化氣井的遠程監(jiān)測及井口閥的開關控制，展示內容包括井口油壓、井口套壓、井口環(huán)空壓力、井口溫度、節(jié)流前后壓力、節(jié)流前后溫度、外輸壓力、外輸溫度、進站壓力、進站溫度等，支持報警信息的疊加、曲線查詢、通訊狀態(tài)疊加。

（2）集氣站監(jiān)控功能實現(xiàn)了作業(yè)區(qū)所有集氣站工藝的遠程監(jiān)測、閥調節(jié)（或開關）控制、泵啟?？刂频取Ｕ故緝热莅üに嚵鞒探M態(tài)、采集數(shù)據(jù)、啟停與調節(jié)控制、通訊狀態(tài)、參數(shù)曲線等。支持氣井產(chǎn)量計量的一鍵倒井，快速實現(xiàn)單井產(chǎn)量計量的輪換，提高操作效率，節(jié)省監(jiān)控人員的時間，避免誤操作造成的生產(chǎn)風險。

（3）淺冷工藝監(jiān)控、深冷工藝監(jiān)控功能展現(xiàn)方式同集氣站監(jiān)控功能，均采用矢量圖方式進行組態(tài)的繪制及使用，區(qū)別主要在于流程畫面、監(jiān)測參數(shù)不同，但同樣實現(xiàn)了基于DCS系統(tǒng)的遠程控制指令下發(fā)。同時，系統(tǒng)實現(xiàn)了監(jiān)控平臺對DCS報警閾值的自動讀取，并可根據(jù)管理需要直接在監(jiān)控平臺實現(xiàn)DCS閾值的遠程修改，完成了現(xiàn)場所有報警閾值的統(tǒng)一管理。

（4）通訊監(jiān)測功能實現(xiàn)了作業(yè)區(qū)內所有采集設備（RTU、PLC、DCS等）是否能夠正常采集的狀態(tài)實時監(jiān)測，可快速查詢通訊狀態(tài)歷史曲線，快速定位設備通信故障節(jié)點，有效評估網(wǎng)絡穩(wěn)定性。當有新的采集設備、交換機節(jié)點加入后，直接將設備信息錄入即可實現(xiàn)網(wǎng)絡監(jiān)測拓撲圖的自動繪制，確保實現(xiàn)最新、最全的網(wǎng)絡監(jiān)測。

（5）曲線分析功能實現(xiàn)了作業(yè)區(qū)內所有采集點數(shù)據(jù)曲線的查詢，默認按氣井、集氣站、深冷、淺冷等不同對象類型進行分類查詢，支持查詢時間段的“快進”“快退”“前進”“后退”等快速翻閱曲線的功能，支持曲線顯示與隱藏、自由縮放等靈活操作，最大限度提高數(shù)據(jù)查詢的可用性。該功能可輔助用戶以最高的效率實現(xiàn)曲線趨勢的查詢，輔助進行生產(chǎn)監(jiān)控報警處置決策，提高報警管理能力。

（6）斷點續(xù)傳功能

當一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺內部、一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺與二級生產(chǎn)監(jiān)控平臺之間網(wǎng)絡異常造成的數(shù)據(jù)傳輸中斷問題，提供不同實時數(shù)據(jù)庫服務器節(jié)點間的數(shù)據(jù)同步功能，實現(xiàn)缺失數(shù)據(jù)的補錄。

①一級監(jiān)控平臺內部，作業(yè)區(qū)實時數(shù)據(jù)庫服務器與廠機房生產(chǎn)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫服務器網(wǎng)絡通信出現(xiàn)異常，當網(wǎng)絡恢復后，可實現(xiàn)缺失時間段各作業(yè)區(qū)實時數(shù)據(jù)與廠機房生產(chǎn)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫的同步；在數(shù)據(jù)同步時，充分考慮網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸能力，采用最優(yōu)的數(shù)據(jù)同步頻次實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。

②一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺與二級生產(chǎn)監(jiān)控平臺之間網(wǎng)絡通信出現(xiàn)異常，當網(wǎng)絡恢復后，可實現(xiàn)缺失時間段廠機房生產(chǎn)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫到廠機房辦公網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫的同步；在數(shù)據(jù)同步時，同樣考慮跨網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸能力，采用最優(yōu)的數(shù)據(jù)同步頻次實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。

（7）組態(tài)管理功能

實現(xiàn)所有監(jiān)控組態(tài)畫面配置、組態(tài)數(shù)據(jù)點綁定關系配置的維護管理。組態(tài)管理功能主要在一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺使用，當一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺的配置文件更新后，將配置自動同步更新至二級生產(chǎn)監(jiān)控平臺。

（8）點表管理功能

面向RTU、PLC、DCS等不同類型的設備，內置不同的驅動協(xié)議，實現(xiàn)各類采集點配置信息的管理，支持采集服務的遠程啟?？刂啤｜c表管理功能同樣主要在一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺使用。當一級生產(chǎn)監(jiān)控平臺的配置文件更新后，將配置自動同步更新至二級生產(chǎn)監(jiān)控平臺。

（9）報警管理功能

一方面通過閾值配置功能實現(xiàn)報警規(guī)則的設定，另一方面通過以事件為主的報警信息展示功能實現(xiàn)報警信息的實時查詢。在報警信息產(chǎn)生后，提供了曲線一鍵查詢、處置狀態(tài)管理等報警處置必備的分析與標記手段，報警處置效率得到提升。

2.二級生產(chǎn)監(jiān)控平臺

包括氣井監(jiān)測、集氣站監(jiān)測、淺冷工藝監(jiān)測、深冷工藝監(jiān)測、通訊監(jiān)測、曲線分析、組態(tài)管理、報警統(tǒng)計等功能模塊。

（1）氣井監(jiān)測、集氣站監(jiān)測、淺冷工藝監(jiān)測、深冷工藝監(jiān)測功能界面表現(xiàn)樣式同一級監(jiān)控平臺，只能進行遠程監(jiān)測，不允許進行遠程控制。

（2）通訊監(jiān)測、曲線分析功能與生產(chǎn)網(wǎng)功能一致。

（3）組態(tài)管理功能原則上只能查看，不允許修改，組態(tài)文件由生產(chǎn)網(wǎng)自動同步傳至辦公網(wǎng)。

（4）報警統(tǒng)計功能實現(xiàn)了各作業(yè)區(qū)生產(chǎn)監(jiān)控報警的多維度、多頻次統(tǒng)計分析，能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)頻繁報警、誤報警、冗余報警等不合理報警問題，從而確定報警優(yōu)化對象，并通過報警優(yōu)化措施的實施，有效降低作業(yè)區(qū)報警數(shù)量，提高整體報警管理水平。

3.兩級監(jiān)控平臺功能定位差異分析

（1）一級監(jiān)控業(yè)務，通過對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測、報警的分析、遠程控制及調節(jié)指令的下發(fā)，提高生產(chǎn)現(xiàn)場實時監(jiān)控能力，實現(xiàn)現(xiàn)場無人化值守；二級監(jiān)控業(yè)務，側重于監(jiān)控分析、生產(chǎn)運行管理，并為生產(chǎn)指揮平臺的建設奠定基礎。

（2）一級監(jiān)控平臺，除定位滿足現(xiàn)場生產(chǎn)遠程監(jiān)控管理的需要外，還承擔著為二級平臺提供數(shù)據(jù)同步服務的重任，是承接現(xiàn)場工藝運行與遠程決策指揮的紐帶。

（3）一級監(jiān)控平臺，可以實現(xiàn)遠程控制；二級監(jiān)控平臺，不允許遠程控制。

（4）一級監(jiān)控平臺，負責點表、報警規(guī)則、組態(tài)的維護更新；二級監(jiān)控平臺，無須維護點表、報警規(guī)則、共性組態(tài)等配置。

（5）一級監(jiān)控平臺，后續(xù)功能深化應用側重于氣井自動計產(chǎn)與智能自動調產(chǎn)、智能預警分析、先進過程控制等方面；二級監(jiān)控平臺，后續(xù)功能深化應用側重于生產(chǎn)運行指標體系管理、生產(chǎn)運行動態(tài)管理、生產(chǎn)調度管理、生產(chǎn)應急管理等。

三、應用效果

（一）建立了以實時生產(chǎn)監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)分析為核心功能點的多級節(jié)點管理模式，充分考慮了實時數(shù)據(jù)、配置信息、通訊狀態(tài)跨節(jié)點自動更新等影響系統(tǒng)穩(wěn)定使用的問題，研究形成了多服務器節(jié)點同步機制方案，實現(xiàn)了兩級平臺間數(shù)據(jù)自動同步，無須人工干預。

（二）打通了自下而上的完整數(shù)據(jù)流程，形成了 “作業(yè)區(qū)—廠機關生產(chǎn)網(wǎng)—廠機關辦公網(wǎng)—數(shù)據(jù)公司”的數(shù)據(jù)流程，數(shù)據(jù)一致性、完整性、時效性大幅提升，數(shù)據(jù)生成、維護工作量大幅降低，滿足了各層級用戶對數(shù)據(jù)管理與應用的需求。

（三）搭建的兩級廠級生產(chǎn)監(jiān)控平臺，一方面實現(xiàn)了對作業(yè)區(qū)生產(chǎn)運行的遠程集中監(jiān)控，另一方面為廠級生產(chǎn)指揮決策業(yè)務的擴展提供平臺基礎。

（四）分級監(jiān)控與運行管理結合，實現(xiàn)了“作業(yè)區(qū)現(xiàn)場—廠級監(jiān)控中心—研究科室—領導崗位”實時共享數(shù)據(jù)和生產(chǎn)動態(tài)。技術人員與管理崗位可以及時進行生產(chǎn)工藝分析，并反饋指導生產(chǎn)，有力支持了生產(chǎn)運行高效協(xié)同管理。

四、結語

智慧氣田兩級生產(chǎn)監(jiān)控管理設計模式是氣田生產(chǎn)運行一體化管理的前期基礎，而氣田生產(chǎn)運行管理是一套立體網(wǎng)狀結構業(yè)務綜合體。由此，氣田生產(chǎn)運行一體化管理平臺是環(huán)環(huán)相扣的多閉環(huán)應用融合平臺，最終目標是生產(chǎn)現(xiàn)場智能化以“產(chǎn)量”為核心，打造細分業(yè)務閉環(huán)，實現(xiàn)業(yè)務點、線、面的有效串聯(lián)，建立“可視、可控、可析、可優(yōu)、可溯”的專業(yè)化油氣田綜合管理體系。

（一）傳統(tǒng)的生產(chǎn)監(jiān)控模式定位于作業(yè)區(qū)級監(jiān)控，完成了作業(yè)區(qū)遠程無人值守的初期建設階段。而隨著生產(chǎn)管理模式的改變、物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，需要完成由分散監(jiān)控向集中監(jiān)控的轉變、人工發(fā)現(xiàn)問題向系統(tǒng)主動預警的轉變、封閉式監(jiān)控管理模式向生產(chǎn)運行多業(yè)務協(xié)同模式的轉變。

（二）智慧氣田兩級生產(chǎn)監(jiān)控管理模式是生產(chǎn)運行管理一體化建設的基礎，既能夠滿足現(xiàn)場生產(chǎn)運行監(jiān)控、智能化無人值守的需要，又能為廠級生產(chǎn)指揮調度平臺的建設提供基礎平臺。

（三）智慧氣田兩級生產(chǎn)監(jiān)控管理模式實現(xiàn)了多級平臺間數(shù)據(jù)、配置的自動同步，確保多級平臺間數(shù)據(jù)與功能一致性的同時，大幅降低了系統(tǒng)運維的復雜度和工作量，有效促進了系統(tǒng)的正常應用。

參考文獻

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作者單位：中國石油新疆油田分公司采氣一廠