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(kù)為數(shù)據(jù)中樞，實(shí)現(xiàn)對(duì)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。
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)
大慶油田天然氣分公司隸屬于中國(guó)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(wàn)噸原油的生產(chǎn)任務(wù)，年加工濕氣20億立方米、輕烴80萬(wàn)噸，是全國(guó)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(zhǎng)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(yǔ)音聯(lián)系，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)逐級(jí)上傳。傳統(tǒng)的做法有一定弊端，即：上級(jí)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(chǎng)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(jí)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(kù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中的內(nèi)容定時(shí)保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(kù)二次壓縮組件（對(duì)大量的計(jì)算結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)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(kù)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(kù)中的值按照一定的周期轉(zhuǎn)存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣用戶就可以使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)所提供的各種功能對(duì)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。
在“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)”對(duì)話框內(nèi)察看各轉(zhuǎn)儲(chǔ)量的信息。
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(chǎng)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)就不能傳輸?shù)椒⻊?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(kù)中，保證上層管理軟件數(shù)據(jù)的完整性[7]。
數(shù)據(jù)恢復(fù)
數(shù)據(jù)傳輸過程中難免出現(xiàn)意外情況，當(dāng)前置機(jī)和服務(wù)器間通信出現(xiàn)中斷時(shí)，就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。如果設(shè)置了數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，就可以在通信恢復(fù)暢通的情況下，將未上傳的數(shù)據(jù)補(bǔ)充到服務(wù)器端。
事件瀏覽
事件瀏覽功能記錄了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)操作，包括系統(tǒng)啟動(dòng)信息、網(wǎng)絡(luò)連接信息、設(shè)備故障信息等。通過這些信息可以了解系統(tǒng)的運(yùn)行日志，對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)提供了有力的支持。
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(chǎng)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(duì)硬件配置要求并不高；對(duì)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(chǎng)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(kù)環(huán)境中，系統(tǒng)使用了相對(duì)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(yíng)監(jiān)測(cè)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(duì)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(jí)別和權(quán)限，設(shè)定不同的、唯一的密碼。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)、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(kù)，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(chǎng)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(chǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)圖
Fig 2 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(chǎng)信息和網(wǎng)上發(fā)布的橋梁，它與現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(kù)相連，就可以將現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)管理人員通過瀏覽器根據(jù)自己的權(quán)限和級(jí)別實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信息檢索，監(jiān)控自己所管轄的現(xiàn)場(chǎng)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(kù)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(wàn)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)，流程圖上千多幅，所有813計(jì)量表的靜態(tài)信息都以單獨(dú)界面的形式開關(guān)地顯示在每塊表的旁邊。
為了給今后其它以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)軟件提供第一手資料，也為了保證了天然氣分公司數(shù)據(jù)源的唯一性和可靠性，服務(wù)器端軟件提供的ODBCGET工具，將實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)或定時(shí)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)可以將所選的采集點(diǎn)（以IP為單位），實(shí)時(shí)成批地轉(zhuǎn)儲(chǔ)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)不同的數(shù)據(jù)表中，也可以通過用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)模塊，先建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)之間的綁定，在通過編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)，轉(zhuǎn)儲(chǔ)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)[4]。
服務(wù)器端自動(dòng)檢測(cè)通信信道狀態(tài)，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，實(shí)時(shí)性地診斷通訊狀態(tài)和鏈路鏈接情況，形成報(bào)告，顯示在服務(wù)器端的單獨(dú)窗口中；鏈路自動(dòng)恢復(fù)處理，保證了發(fā)生鏈路中斷時(shí)發(fā)送的報(bào)文不被丟失。
服務(wù)器端與上位機(jī)工作站間同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)通訊，對(duì)每臺(tái)上位機(jī)工作站（底層數(shù)據(jù)庫(kù)，以機(jī)器的IP為通訊節(jié)點(diǎn)）的訪問周期可以根據(jù)用戶需要、采集點(diǎn)的多少和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自行設(shè)置，我們一般設(shè)置每三秒鐘輪回采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)一次，保證了人的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性。
3.2 系統(tǒng)發(fā)布界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
天然氣生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)管理，系統(tǒng)內(nèi)容含蓋了天然氣分公司所有的運(yùn)行信息、計(jì)量信息、外網(wǎng)管網(wǎng)等信息，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主菜單按生產(chǎn)單位及處理站、計(jì)量間分層劃分，子菜單以生產(chǎn)管理內(nèi)容劃分。
運(yùn)行信息：反映各生產(chǎn)加工處理裝置的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、裝置運(yùn)行狀況、天然氣外輸情況、天然氣量、輕烴外銷及庫(kù)存情況等，同時(shí)可以提供裝置的班、日、周、旬、月、季、年度的綜合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
外網(wǎng)信息：反映各站隊(duì)與供氣方（采油廠），供水方（水庫(kù)），和商品氣外輸情況的各種管網(wǎng)流程圖信息。
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(kù)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)量主要包括輕烴計(jì)量；采油廠來氣、來油計(jì)量；返輸氣、商品氣計(jì)量；水庫(kù)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。
4 結(jié)語(yǔ)
天然氣生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的成功構(gòu)建，打破了大慶天然氣集團(tuán)公司以往的以手工記錄數(shù)據(jù)和電話上報(bào)數(shù)據(jù)的信息流模式，實(shí)現(xiàn)了裝置采集與網(wǎng)上發(fā)布同步的功能，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、壓縮及管理功能，同時(shí)為數(shù)據(jù)的高級(jí)分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)依據(jù)，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，縮短了信息溝通的時(shí)間，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)真正的跨平臺(tái)應(yīng)用，信息資源得到了充分的共享,極大地提高反饋速度及生產(chǎn)管理效率，為公司信息化管理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1] Stevens,W.R.；胡谷雨譯 TCP/IP詳解 機(jī)械工業(yè)出版社 2002
[2] Russinovich,M.E.,Solomon,D.A； 深入解析Windows操作系統(tǒng) 電子工業(yè)出版社 2004
[3] 許斌輝,孫亞剛 Windows Server2003網(wǎng)絡(luò)管理員完全手冊(cè) 清華大學(xué)出版社 2005
[4] 紫金橋公司.高級(jí)用戶指導(dǎo) 2004
[5] 莫林莫托 Windows Server 2003深層解決方案 中國(guó)水利水電出版社 2004
[6] 飛思科技 SQL Server 2000 高級(jí)管理與開發(fā) 電子工業(yè)出版社 2002
[7] 紫金橋公司.用戶編程高級(jí)指南 2005
