摘要: 介紹了大型天然氣實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),實(shí)施以及應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞：天然氣；管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

1 引言
我國天然氣資源較豐富，氣田分布面廣，并且常遠(yuǎn)離工業(yè)城鎮(zhèn)和人口集居的地區(qū)；在同一氣田中氣井又十分分散，由于它所處的地理位置不同，開采層位各異，其天然氣成分和所含雜質(zhì)不一。一般來說，除在集輸工藝上需要一套與工藝設(shè)備相適應(yīng)的自控儀表設(shè)備來對(duì)分離、計(jì)量、換熱、調(diào)壓等過程進(jìn)行檢測與控制外，還需要有與生產(chǎn)相適應(yīng)的縱觀全貌的調(diào)度管理系統(tǒng)。我國大慶油田的天然氣主要屬于油田伴生氣，其分布情況根據(jù)油田各個(gè)采油廠的位置而設(shè)立，大慶油田幅原遼闊，采油廠地理位置分散，相互距離十分遠(yuǎn)，所以天然氣公司下屬的各天然氣處理站同樣十分分散，因此建立一個(gè)統(tǒng)一的，現(xiàn)代的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)十分重要。
三維科技股份有限公司設(shè)計(jì)、開發(fā)、并實(shí)施的天然氣公司實(shí)時(shí)生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)，從提高公司整體效益著眼，從強(qiáng)化生產(chǎn)經(jīng)營管理著手，建立覆蓋全部生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一安裝實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理軟件，提高組織管理，生產(chǎn)經(jīng)營的水平，提高企業(yè)對(duì)市場的應(yīng)變能力。
根據(jù)天然氣公司的區(qū)域分布，其實(shí)時(shí)信息管理系統(tǒng)具有三層應(yīng)用結(jié)構(gòu)。


為簡化操作、減少系統(tǒng)維護(hù)和培訓(xùn)工作量，系統(tǒng)軟件的客戶端全部采用瀏覽器方式，并支持遠(yuǎn)程移動(dòng)辦公和異地查詢。

2 系統(tǒng)介紹及特點(diǎn)
天然氣公司下屬60多個(gè)計(jì)算機(jī)操作崗，工藝處理類別包括天然氣凈化、提餾、原油穩(wěn)定、天然氣淺冷、深冷、增壓、儲(chǔ)運(yùn)等，各裝置的監(jiān)控系統(tǒng)包括FORCECONTROL、PARAGON、FIX、FOXBORO等，我們在操作站內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集軟件和以太網(wǎng)卡，通過無線以太網(wǎng)將生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接送往公司的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。




注：如果在同地點(diǎn)存在多個(gè)控制裝置，可以通過局域網(wǎng)將各裝置數(shù)據(jù)集中到一個(gè)操作站上，統(tǒng)一向公司的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫傳送。

數(shù)據(jù)采集層的軟件構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集層包含下列軟件模塊：數(shù)據(jù)采集通訊軟件（完成數(shù)據(jù)的讀取和校驗(yàn)）、通訊狀態(tài)報(bào)警軟件（監(jiān)視通訊狀態(tài)，當(dāng)通訊出現(xiàn)中斷或遇其它通訊阻礙時(shí)，及時(shí)報(bào)警并對(duì)故障做初步診斷）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫二次壓縮軟件（對(duì)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，節(jié)省存儲(chǔ)空間，使歷史數(shù)據(jù)可保存10年以上）、時(shí)鐘同步軟件（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）。

數(shù)據(jù)采集、通信實(shí)現(xiàn)方案
在60多套測控制系統(tǒng)中，有30多套安裝投用的是ForceControl軟件，另外30多套為其他多個(gè)廠商的多種控制軟件。對(duì)于這些控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從原控制系統(tǒng)到ForceControl的數(shù)據(jù)采集功能；另外，由于通訊資源子網(wǎng)采用無線以太網(wǎng)方式，我們開發(fā)了基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)軟件；在中央服務(wù)器端，為解決通過瀏覽器方式進(jìn)行大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)信息檢索，開發(fā)了基于IIS的數(shù)據(jù)庫引擎等。
管理系統(tǒng)構(gòu)成
1、裝置信息系統(tǒng) 反映各生產(chǎn)加工處理裝置的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括裝置運(yùn)行狀況、天然氣外輸情況、天然氣管網(wǎng)壓力、天然氣量、輕烴外銷及庫存情況等，同時(shí)可以提供裝置的班、日、周、旬、月、季、半年、年度的綜合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。




2、外網(wǎng)信息系統(tǒng) 反映各站隊(duì)與供氣方（采油廠），供水方（水庫），和商品氣外輸情況的各種信息。
3、綜合管理信息系統(tǒng) 根據(jù)分類不同（按大隊(duì)，按裝置類別等）反映損耗信息（ 加工損耗，輸送損耗，存儲(chǔ)損耗），產(chǎn)量信息( 產(chǎn)氣量， 產(chǎn)烴量 )，生產(chǎn)能耗成本信息（ 耗水 ，耗電 ，耗氣）等。




4、計(jì)量信息 計(jì)量管理以公司的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，生成裝置（小隊(duì)）、大隊(duì)、公司三級(jí)計(jì)量管理數(shù)據(jù)，計(jì)量內(nèi)容包括向輕烴總庫輸送輕烴總量，向乙烯油田氣計(jì)量間輸送的天然氣總量計(jì)量，采油廠來氣計(jì)量，水庫來水計(jì)量等等。供計(jì)量管理部門及有關(guān)人員訪問，生成各類計(jì)量報(bào)表、計(jì)算產(chǎn)品的計(jì)量缺損、評(píng)價(jià)計(jì)量系運(yùn)轉(zhuǎn)效果。



系統(tǒng)安全性
該系統(tǒng)是一個(gè)龐大的生產(chǎn)運(yùn)營管理系統(tǒng)，我們在保證它的強(qiáng)大的功能的同時(shí)，也考慮了該系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)的安全保護(hù)設(shè)計(jì)如下：
(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(duì)系統(tǒng)病毒的傳播有抑制作用。
(2) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)
為維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全、采用VACN（虛擬網(wǎng)絡(luò)）和防火墻技術(shù)。
在桌面級(jí)，采用VACN技術(shù)、虛擬網(wǎng)把網(wǎng)上用戶分成多個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)網(wǎng)的用戶只能在允許的范圍內(nèi)訪問。
在服務(wù)器級(jí)，設(shè)定不同的權(quán)限和口令，分配給不同的用戶。不同級(jí)別的用戶只能訪問與其級(jí)別相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源和數(shù)據(jù)。
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，并可跟蹤到他人從外部入侵的企圖。

3 關(guān)鍵技術(shù)介紹
根據(jù)實(shí)際情況，需要完成的具體軟件開發(fā)工作包括：
專用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換接口軟件
根據(jù)原控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，使用如下專用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換接口軟件：
* PARAGON-TNT專用接口軟件；
* PARAGON-500專用接口軟件；
* DM2000專用接口軟件；
* FIX 32專用接口軟件；
* FOXBORO IA專用通訊程序；
* 其他。

客戶端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件
客戶端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件將運(yùn)行在各上位機(jī)工作站內(nèi)。它在完成從專用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換接口軟件或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫內(nèi)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的同時(shí)，還負(fù)責(zé)完成與中央服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件的通訊。
該軟件完成的功能及達(dá)到的性能要求如下：
* 底層通訊協(xié)議采用TCP/IP，以充分利用無線以太網(wǎng)的子網(wǎng)資源。
* 應(yīng)用層采用內(nèi)部專有通訊協(xié)議，以減少通訊資源的使用，提高通訊速度。
* 具備數(shù)據(jù)壓縮功能
要傳送的報(bào)文數(shù)據(jù)首先要經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮處理，以降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提高對(duì)通訊帶寬的利用率。數(shù)據(jù)壓縮采用優(yōu)化壓縮算法，以獲取較高的壓縮比和較快的壓縮速度。
* 具備數(shù)據(jù)檢驗(yàn)處理功能
為保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送的可靠性，對(duì)傳送的報(bào)文數(shù)據(jù)要進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)處理。在發(fā)送端對(duì)報(bào)文數(shù)據(jù)加入校驗(yàn)碼，在接收端對(duì)數(shù)據(jù)及校驗(yàn)碼進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)誤碼進(jìn)行糾錯(cuò)處理。數(shù)據(jù)檢驗(yàn)處理可有效地解決線路易干擾嚴(yán)重，誤碼率較高的問題。
* 通訊狀態(tài)檢測與監(jiān)視
為提高通訊可靠性，遠(yuǎn)程通訊服務(wù)程序要具備通訊狀態(tài)檢測與監(jiān)視功能，實(shí)時(shí)性地診斷通訊狀態(tài)和鏈路鏈接情況。
* 鏈路自動(dòng)恢復(fù)處理
當(dāng)為通訊鏈路出現(xiàn)中斷現(xiàn)象時(shí)，遠(yuǎn)程通訊服務(wù)程序要具備鏈路自動(dòng)恢復(fù)功能，并保證在發(fā)生鏈路中斷時(shí)發(fā)送的報(bào)文不被丟失。
* 代碼緊湊，運(yùn)行效率高，以減少對(duì)上位機(jī)工作站的資源占用。
* 具備較高可靠性，以便在加載后不致影響原系統(tǒng)的控制功能。

服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件
服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件將運(yùn)行在中央服務(wù)器上。它與客戶端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件構(gòu)成C/S計(jì)算模式，是網(wǎng)絡(luò)通訊的樞紐。
該軟件重點(diǎn)完成的功能及達(dá)到的性能要求包括：
* 底層通訊協(xié)議采用TCP/IP。
* 帳號(hào)自動(dòng)管理
系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，可按照預(yù)置帳號(hào)自動(dòng)登錄，完成用戶注冊和密碼校驗(yàn)。
* 信道自動(dòng)檢測
自動(dòng)檢測通信信道狀態(tài)，并可形成報(bào)告。
* 網(wǎng)絡(luò)管理
網(wǎng)管功能可實(shí)現(xiàn)多結(jié)點(diǎn)通訊時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配，客戶的注冊與注銷管理，客戶狀態(tài)監(jiān)測，網(wǎng)絡(luò)通信量的統(tǒng)計(jì)、異常事件的處理和記錄等功能。

ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎軟件
通過瀏覽器方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信息檢索，單純的HTML是無法實(shí)現(xiàn)諸如：記錄文件信息、查詢信息提交、統(tǒng)計(jì)、搜索程序、WEB數(shù)據(jù)庫等功能；采用傳統(tǒng)關(guān)系型DBMS將涉及幾乎無法克服的實(shí)時(shí)性問題：以全廠數(shù)據(jù)量為10000點(diǎn)（實(shí)際要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于此數(shù)量）來計(jì)算，如果1分鐘采樣四次（這已經(jīng)犧牲了很多實(shí)時(shí)性），并形成一個(gè)數(shù)據(jù)庫記錄，則在一年時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)生的記錄數(shù)約為一百億個(gè)記錄。對(duì)如此多記錄的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、檢索時(shí)，實(shí)時(shí)性將會(huì)極低。
結(jié)合ForceControl的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫開發(fā)ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎則能很好的解決此問題。ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎采用ISAPI編程接口，通過IIS實(shí)現(xiàn)WEB訪問。ISAPI彌補(bǔ)了CGI的不足，在比較繁忙的服務(wù)器上，ISAPI代碼效率仍能保持極高的水平。
ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎將在保證高實(shí)時(shí)性的前提下，完成記錄文件信息、查詢信息提交、統(tǒng)計(jì)、搜索程序、WEB數(shù)據(jù)庫等全部功能，同時(shí)它將保持高度并發(fā)處理能力，使同時(shí)WEB訪問用戶數(shù)沒有限制。

4 投用效果
該系統(tǒng)投用以來具有運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠、維護(hù)方便的特點(diǎn)。真正實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理，大大提高了整個(gè)企業(yè)的管理效率和管理的科學(xué)性。


參考文獻(xiàn)
[1] 林存瑛，天然氣礦場集輸，北京，石油工業(yè)出版社，1997.6
[2] 羅光熹，周安，天然氣加工過程原理與技術(shù)，黑龍江，黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1990
[3] 馬國華，監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用，北京，清華大學(xué)出版社，2001.8
[4] David J.K.Programming Visual C++ 6.0 技術(shù)內(nèi)幕.北京:北京希望電腦出版社,1999