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   活動鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專題---實現(xiàn)石油與化工的信息化

   1. 項目背景介紹

   新疆油田地處荒漠，成千上萬口采油井分布在廣闊地域上，被按照采油井—計量站—轉(zhuǎn)油站—聯(lián)合站—采油區(qū)—采油廠—石油公司這樣的多層次結(jié)構(gòu)、按照“三級控制、兩級管理”的模式進行生產(chǎn)管理。每一層級的控制，都需要大量的人員跑現(xiàn)場、抄表，效率低下，現(xiàn)場環(huán)境惡劣、員工工作負擔重；同時，地面集輸系統(tǒng)站點多、管線復雜，這些又都導致了采油成本增加。

  石油物聯(lián)網(wǎng)項目基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線遙感遙測技術(shù)、先進通訊技術(shù)、計算機及其網(wǎng)絡技術(shù)，結(jié)合先進的工業(yè)自動化軟件和工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫軟件，實現(xiàn)采油生產(chǎn)、管理自動化、信息化、智能化。

   2. 項目目標與原則

   依靠技術(shù)創(chuàng)新與突破，轉(zhuǎn)變思想，改變傳統(tǒng)工藝模式，最大限度的取消計量站，配水間等中間環(huán)節(jié)設(shè)施，優(yōu)化采油區(qū)集輸管網(wǎng)部署結(jié)構(gòu)，按照統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施的方式，組織開展綜合研究，重點做好示功圖求產(chǎn)與單井計量、數(shù)據(jù)遠程采集與傳輸、注水井的遠程自動化技術(shù)、設(shè)備遠程監(jiān)控與維護管理、增產(chǎn)措施預案與執(zhí)行等，達到優(yōu)化工藝、節(jié)能降耗、輔助管理的目的，打造具有“兩化融合”特色的數(shù)字化、信息化、智能化油田。為此確立技術(shù)與管理兩方面的建設(shè)目標。

  技術(shù)目標

(1) 建立集團公司統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息平臺，逐步實現(xiàn)油田公司、二級單位及基層單位的生產(chǎn)信息共享。
(2) 建立統(tǒng)一的生產(chǎn)業(yè)務管理平臺，實現(xiàn)真正的網(wǎng)上業(yè)務數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，而不僅僅是數(shù)據(jù)的存儲和查詢，更要為決策支持等提供高層次應用。
(3) 建立統(tǒng)一的設(shè)備管理平臺，實現(xiàn)實時在線的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控，準確定位設(shè)備故障，及時處置，降低計劃外停機時間。
(4) 在集團公司統(tǒng)一的生產(chǎn)業(yè)務平臺基礎(chǔ)上，實現(xiàn)任意地理位置可對生產(chǎn)信息進行詳細的查詢。
(5) 實現(xiàn)采油生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)綜合分析，研究采油生產(chǎn)各類地質(zhì)狀況下的最佳生產(chǎn)實踐。
(6) 借助網(wǎng)絡實現(xiàn)集團公司生產(chǎn)自動化、管理信息化、現(xiàn)代化和規(guī)范化。信息系統(tǒng)本身的目標，必須具備快速、便利的系統(tǒng)維護功能，可遠程維護、遠程升級，適應油田生產(chǎn)的地區(qū)分散性和業(yè)務的多變性及復雜性這些特點；

   管理目標

(1) 提高生產(chǎn)管理水平，增強對油田生產(chǎn)的宏觀監(jiān)測、分析、指揮調(diào)度，科學管理石油增產(chǎn)措施；
(2) 推進企業(yè)信息化經(jīng)營，宏觀調(diào)控生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，合理控制生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率；
(3) 建立統(tǒng)一、開放、競爭、有序的生產(chǎn)秩序，不同層次、工段對比最佳生產(chǎn)實踐；
(4) 建立統(tǒng)一指揮、管理順暢、權(quán)責一致的油田管理體制；
(5) 利用信息系統(tǒng)隨時提取、加工、匯總，及時掌握油田生產(chǎn)動態(tài)；

   3. 項目實施與應用情況詳細介紹

   3.系統(tǒng)架構(gòu)

   為達到中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)目標的要求，并保證系統(tǒng)的先進性、穩(wěn)定性、易操作性等，中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)采用數(shù)據(jù)采集層、存儲層、應用層三級結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個層級使用亞控科技對應的相關(guān)軟件產(chǎn)品，完成對中石油各石油開采生產(chǎn)單位的實時在線數(shù)據(jù)及圖像監(jiān)控及對各類生產(chǎn)、設(shè)備運營的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及增產(chǎn)措施管理等功能。

  3.1.功能介紹

   3.1.1數(shù)據(jù)采集

   KingIOServer數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制工程采用專門定制開發(fā)的設(shè)備驅(qū)動與設(shè)備實現(xiàn)連接，通過解析設(shè)備的通訊協(xié)議，讀取設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，同時根據(jù)組態(tài)系統(tǒng)的授權(quán)檢驗和確認結(jié)果向設(shè)備發(fā)送控制參數(shù)和開關(guān)指令。

   北京亞控擁有10余年工業(yè)控制領(lǐng)域軟件開發(fā)經(jīng)驗，先后開發(fā)過千余廠商的3600多種大中小型智能設(shè)備的通訊驅(qū)動。擁有智能模塊、RTU、PLC等各類國內(nèi)外知名工控設(shè)備廠商設(shè)備的實際設(shè)備測試環(huán)境。

   KingIOServer即作為KingSCADA軟件的默認配置軟件單元，又可以作為獨立設(shè)備數(shù)據(jù)采集軟件。它支持的數(shù)據(jù)采集包括：
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     模擬量：對溫度，壓力，位移、載荷、流量等數(shù)據(jù)進行實時采集及處理；
? 開關(guān)量：對狀態(tài)信號，事故信號等進行實時采集及處理。
? 支持在線設(shè)備維護管理

   無論是計劃安排還是意外故障，生產(chǎn)停機維護、設(shè)備更換是必可避免的，KingIOServer軟件支持系統(tǒng)在線狀態(tài)下進行設(shè)備維護管理，能自動響應設(shè)備的更新。
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   支持多種硬件設(shè)備的通訊

   雖然系統(tǒng)中主要采集的設(shè)備是各類傳感器，由于現(xiàn)場智能儀表繁多且每種設(shè)備的可選余地較大，因此項目中所采用的數(shù)據(jù)采集軟件能夠快速、可靠的與市面上常見的生產(chǎn)商的硬件設(shè)備實現(xiàn)通訊，此外還支持各種通訊規(guī)約、通訊協(xié)議及總線。

   數(shù)據(jù)采集軟件除了能通過各種各類通訊方式（如有線網(wǎng)絡、3G、WiFi等）和通訊鏈路（如串口、以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線）通訊之外，還可以通過一些通用的軟件接口（如API、COM、ODBC、OPC）與第三方系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。
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   靈活的采集控制

   系統(tǒng)中支持靈活的數(shù)據(jù)采集方式控制，提供用戶周期數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)變化采集等各種采集方式控制，支持用戶為不同的測點設(shè)置不同的采集頻率。
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   基于數(shù)據(jù)塊的高速采集

   在面對大量的實時數(shù)據(jù)采集時，傳統(tǒng)的以變量為單位的方式，從變量，到包，是需要花費時間的，變量越多，這部分時間越長。對于采集速度要求較高的現(xiàn)場，這種方式顯然并不合適。

  項目中所采用的數(shù)據(jù)采集軟件基于“數(shù)據(jù)塊”來進行數(shù)據(jù)的組織和傳輸，可將重要的參數(shù)設(shè)置在一個數(shù)據(jù)塊中，還可以對重要的數(shù)據(jù)塊設(shè)置采集次數(shù)。這種以“數(shù)據(jù)塊”為最小通訊單元的特點可提高數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)乃俣取?br /> ?
  與中心調(diào)度系統(tǒng)的交互

  從系統(tǒng)整體架構(gòu)上看，各油井、分站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不但擔負著采集數(shù)據(jù)的工作，同時還肩負著與調(diào)度控制中心進行數(shù)據(jù)交互的工作。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖佟踩⒖煽拷嵌瓤紤]，此時不應采用OPC方式（OPC方式每次通訊時都需要建立組，在組中建立項，然后再進行每個項內(nèi)數(shù)據(jù)包的請求與回應。數(shù)據(jù)幀還附加了OPC協(xié)議所要求的很多包頭和包尾，較為復雜，容易出錯，速度緩慢）。

  各油井、分站與調(diào)度控制中心間的交互應該通過平臺軟件自身的內(nèi)部接口來實現(xiàn)快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸與交互。
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  數(shù)據(jù)緩存

  各油井、分站與調(diào)度控制中心間的出現(xiàn)網(wǎng)絡中斷、網(wǎng)速過慢情況并不多，但是一旦出現(xiàn)必將導致調(diào)度控制中心因數(shù)據(jù)缺失而造成分析的誤差、決策的不準確。因此，系統(tǒng)需確保即便網(wǎng)絡中斷也不丟失數(shù)據(jù)。基于這一目的，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了對于采集設(shè)備硬件的數(shù)據(jù)緩存的采集讀取功能，當網(wǎng)絡異常時，系現(xiàn)場設(shè)備可將數(shù)據(jù)緩存在本地存儲，待恢復后，再自動將緩存的數(shù)據(jù)采集傳送到數(shù)據(jù)庫中。如此一來，可最大程度的確保數(shù)據(jù)的萬無一失。 
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  冗余

  由于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析工作是建立在大量連續(xù)歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，因此如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失將造成分析的誤差，因此為了保證數(shù)據(jù)連續(xù)性此處的兩個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)互為冗余。為了減少因網(wǎng)絡不穩(wěn)定導致的誤切換，將采用專門的冗余狀態(tài)探測通道，通過配置專用網(wǎng)卡實現(xiàn)快速的切換，做到1S內(nèi)的切換。
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   故障診斷

  在數(shù)據(jù)采集過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會對各監(jiān)控點進行通訊性能診斷和統(tǒng)計，如：連接成功時間，當前使用數(shù)據(jù)塊個數(shù)，最后一次更新成功時刻等。當某個設(shè)備發(fā)生數(shù)據(jù)通訊異常時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會迅速診斷出并產(chǎn)生能夠產(chǎn)生相關(guān)報警，以通知相應人員進行處理。

  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向操作人員提供一個直觀的監(jiān)視窗口，操作者不用再通過觀察界面數(shù)據(jù)刷新情況來判斷，提高故障診斷的效率，為盡快排除故障爭取了時間。

  3.1.2SCADA系統(tǒng)

  KingSCADA作為整個系統(tǒng)的工程核心，完成站控的圖形界面組態(tài)、設(shè)備控制授權(quán)檢驗、設(shè)備控制確認過程組態(tài)、系統(tǒng)實時歷史狀態(tài)分析等功能。
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  畫面監(jiān)視

  操作人員可通過SCADA系統(tǒng)的圖形界面對系統(tǒng)進行監(jiān)控，控制權(quán)限由登錄的用戶角色確定，分別分為管理員、操作員和工程師三種角色。將整個組態(tài)系統(tǒng)分為調(diào)度管理、系統(tǒng)監(jiān)控和系統(tǒng)維護三個模式，不同角色和權(quán)限的用戶只能進入授權(quán)的安全許可的模式。

  如管理員可以控制整個系統(tǒng)，可以：在指定的系統(tǒng)監(jiān)控模式工作，應能執(zhí)行：
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     對系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備實施控制；
? 接收和確認來自整個系統(tǒng)的報警；
? 所有顯示的監(jiān)視；
? 指令和設(shè)定值。

  如工程師可以設(shè)置整個系統(tǒng)的配置參數(shù)：采油各類報警參數(shù)、注水各類報警參數(shù)、注水量控制參數(shù)等。

  還可以做配置用戶，退出系統(tǒng)等高權(quán)限的操作。操作員只能進入調(diào)度管理模式。而工程師可以進入系統(tǒng)維護模式。
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  大畫面漫游及無極縮放

  SCADA系統(tǒng)圖形展示的直觀逼真與否將關(guān)系到操作人員作出判斷的及時性和準確性。為了便于操作人員日常的監(jiān)控，SCADA系統(tǒng)提供大畫面漫游及無極縮放的功能。其目的是在一個界面上可以進行總體的全局的監(jiān)控，也可放大到某一局部環(huán)節(jié)進行精細的監(jiān)控，監(jiān)控畫面無需來回切換。
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   豐富的動畫效果

  SCADA系統(tǒng)具有多種動畫連接，如鼠標特性、過渡色、透明色等，圖形界面采用GDI+技術(shù)。利用這些動畫效果，在上位機即可再現(xiàn)現(xiàn)場的工藝環(huán)節(jié)，幫助操作人員快速準確作出判斷。
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   畫面集成

  在油井、站控的SCADA監(jiān)控畫面中，將把視頻信號集成進來，目的是畫面中的工藝流程能與現(xiàn)場實際動作情況實現(xiàn)對應。比如，當操作人員通過畫面監(jiān)控某油井、某輸入管道的運作情況時，能同時觀察到該位置的視頻圖像，以便進行狀態(tài)的核實。如此一來，操作人員無需再到現(xiàn)場觀察控制情況。
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  報警處理

  SCADA系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程中設(shè)備狀態(tài)及運行參數(shù)的變化進行判斷，當發(fā)生異常時予以及時的報警，如越限報警等。
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    當產(chǎn)生報警時，在控制界面上有相應的指示燈閃爍，同時可發(fā)出報警聲響加以提示。報警的笛聲在確認后可。
? 當產(chǎn)生報警時可以有實時報警窗彈出，也可以事先實時打印一條報警信息。
? 報警分999個報警級別。不同的級別可用不同的顏色表示，如流量橙色預警。
? 報警信息在報出的同時也一并存入報警數(shù)據(jù)庫。記錄這些內(nèi)容：
? 報警事件生成的日期/時間；
? 報警組；
? 報警標記名；
? 報警標記的類型（實型/整型/布爾型）；
? 報警類型（低低，低，高，高高，計數(shù)，偏差等）；
? 操作員，確認報警的節(jié)點名，報警優(yōu)先級等；
? 如果需要可以對報警信息進行查詢，具有條件查詢的功能，如按報警時間查詢、按報警類型查詢、按記錄類型查詢等，可以實現(xiàn)多條件組合查詢，為了方便查詢條件的組合，支持基于SQL的標準化查詢語句。查詢結(jié)果可按需要進行打印。
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   報警通知

   報警發(fā)生時，可以通過播放語音，撥打電話，發(fā)送短信，發(fā)送Email等形式通知各級人員。通知的重要說明都是具體的文字說明而事件代號。被通知的人員按照不同的級別，得到的內(nèi)容各不相同(如可以將級別劃分為：領(lǐng)導層、指揮層、用戶層、操作員層、供應商層等),操作員得到的消息可能是某某事故，請速采取何措施。而領(lǐng)導者可能會得到更為詳細的消息，如某某事故，請速采取措施，未來5分鐘之后，管線泄漏將是如何的。
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  趨勢分析

   SCADA系統(tǒng)提供的趨勢分析包括：實時趨勢分析和歷史趨勢分析兩種。
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   實時趨勢: 來源于一系列的采樣值，這些采樣值按時間劃分,然后組合成圖形直觀的顯示過程情況.。
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   歷史趨勢: 通過歷史趨勢曲線使操作人員直觀的了解設(shè)備的歷史運行狀態(tài).操作人員可以自由設(shè)置曲線的起始時間,時間跨度,以及趨勢瀏覽翻動的跨度.通過左右游標定位當前趨勢點的值.并且提供趨勢打印功能.
實時趨勢分析、歷史趨勢分析均通過SCADA系統(tǒng)提供的趨勢曲線控件來完成，控件除支持常見的曲線添加、隱藏、刪除、打印，游標設(shè)置，滾動、縮放的功能外，還具有一下特點：
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   橫向、縱向比對

   系統(tǒng)趨勢分析，不單是簡單的曲線觀察，還涉及到趨勢對比的要求，對比可以是橫向的也可以是縱向的。
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   縱向?qū)Ρ龋罕热纾瑢σ粋€輸入管進行檢修以后，可將其當前的流量趨勢與一個月前的流量趨勢進行對比，以了解檢修的效果。
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  橫向?qū)Ρ龋罕热纾瑑蓚€完全相同的管線，可以通過觀察相同參數(shù)的趨勢曲線，了解兩者的性能的差異。
為了保證該功能的實現(xiàn)，SCADA系統(tǒng)提供的趨勢曲線控件具有多個繪圖區(qū)，每個繪圖區(qū)域提供多條X軸與Y軸，每個繪圖區(qū)域至少支持16條趨勢曲線。
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  分組分類

  可對參數(shù)進行分組、分類，操作人員可通過數(shù)型控件進行選擇，實現(xiàn)曲線的快速替換。分組分類的目的是快速查找、快速選擇、快速繪制。
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  冗余

  系統(tǒng)中除了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實型雙冗余之外，為了保證系統(tǒng)監(jiān)控的安全穩(wěn)定，SCADA系統(tǒng)也采用雙冗余的方式，當主系統(tǒng)故障的時候，備份系統(tǒng)將立即接管主系統(tǒng)的工作，不至于造成上位機監(jiān)控的癱瘓。冗余功能的重點：
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  快速切換

  切換速度是否快速是衡量SCADA系統(tǒng)性能的指標之一。從各站控運行安全角度考慮，冗余切換速度應盡可能快。SCADA系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部署在同一個服務器上，因此SCADA系統(tǒng)也將采用獨立的探測通道，通過配置專用網(wǎng)卡實現(xiàn)快速的切換。當服務器出現(xiàn)故障時冗余系統(tǒng)能夠自動完成切換，切換時間小于1秒。
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  不丟失數(shù)據(jù)

   在冗余切換過程中應保證實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)的完整，這些數(shù)據(jù)是不允許丟失的，以便操作人員隨時利用。因此在故障恢復后，兩個SCADA系統(tǒng)將進行數(shù)據(jù)同步，同步的數(shù)據(jù)包括：實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)。
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   系統(tǒng)的開發(fā)與維護
當現(xiàn)場運行的軟件工程難免會需要修改及調(diào)整，要想輕松的完成工程的修改，軟件產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境的功能一定要強大，其目標是：盡量減少工作量。SCADA系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境具有下列功能特點：
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   提高開發(fā)效率
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   不受限于顯示器的分辨率，支持無極縮放功能，可在泵閘總貌與局部之間漫游，方便工程的開發(fā)。
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   提供數(shù)據(jù)模型。對于存在多個相同設(shè)備的場景，通過模型復用的方式快速新建設(shè)備、數(shù)據(jù)點、邏輯腳本等，避免重復性的建點、添加邏輯關(guān)系的工作。修改時通過修改模型，傳播至所有對象上，達到一勞永逸的效果。
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   提供圖形模型。對于存在多個相同圖形對象的場景，通過模型復用的方式快速建立圖形對象以及對象中的屬性、動畫連接等。在修改時，通過修改圖形模型，可傳播至所有圖形對象上，以減少工作量。
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   開發(fā)環(huán)境提供批量建點、變量導入、導出、合并功能。當變量點數(shù)達到一定數(shù)量之后，為避免查找變量的困難，開發(fā)環(huán)境提供變量的快速搜索定位功能。提供全中文變量名和函數(shù)名的定義方式，方便開發(fā)人員的識別。
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   實現(xiàn)好的開發(fā)效果
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   提供水行業(yè)圖庫精靈，開放過濾色、透明色等圖形屬性，提供位圖聯(lián)播、鼠標特效等動畫連接，以便實現(xiàn)水行業(yè)特有的工藝特效。
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   提供腳本開發(fā)平臺，可以就系統(tǒng)事件、數(shù)據(jù)改變、報警、熱鍵觸發(fā)、調(diào)度等多重事件編寫腳本，以類C語言作為內(nèi)置編程語言（C語言簡單且普及性高）。
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   開發(fā)環(huán)境提供各種函數(shù)，如三角函數(shù)、數(shù)制轉(zhuǎn)換函數(shù)、報表函數(shù)、數(shù)據(jù)庫操作函數(shù)、權(quán)限函數(shù)等。
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  保證工程的安全性
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   工程的開發(fā)環(huán)境可進行加密，沒有權(quán)限的工程人員無法進入修改。
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  工程開發(fā)完畢后，為避免開發(fā)的失誤造成運行的錯誤，開發(fā)環(huán)境提供編譯功能，自動提示錯誤個數(shù)及錯誤位置；在參數(shù)設(shè)置時若設(shè)置錯誤（如數(shù)據(jù)類型錯誤），在編寫腳本語言時若出現(xiàn)語法錯誤，系統(tǒng)會自動提示；

  3.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

   3.1.3.1數(shù)據(jù)庫建設(shè)要點

  數(shù)據(jù)庫建設(shè)要遵循以下要點：

  1.根據(jù)系統(tǒng)有關(guān)的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、業(yè)務管理數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的要求，設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫體系，使之在范式水平、冗余度和可操作性上有一個合理的平衡和可擴充性；

  2.各類數(shù)據(jù)分類與編碼、數(shù)據(jù)精度、作業(yè)規(guī)程等應符合現(xiàn)行相關(guān)國家標準、行業(yè)標準的規(guī)定；

  3.數(shù)據(jù)庫的設(shè)計應考慮實施中與各分調(diào)度中心等相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與接口；

  4.進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，根據(jù)該系統(tǒng)情況分別對管理數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)的量進行估計，合理設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

  數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)，要堅持從大局著眼，用系統(tǒng)工程的思想方法把握全局。數(shù)據(jù)庫設(shè)計應在規(guī)范化，標準化的前提下，在穩(wěn)固和安全的基礎(chǔ)之上，重靈活性、開放性、先進性等。同時要面向調(diào)度中心未來的業(yè)務發(fā)展需要，注重資源配置、數(shù)據(jù)標準化、資源共享、數(shù)據(jù)更新、以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可擴展性與安全性，統(tǒng)籌規(guī)劃、嚴格管理，使整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)具有突破性和前瞻性。

  3.1.3.2數(shù)據(jù)庫組成

  根據(jù)中心的業(yè)務功能需求，數(shù)據(jù)庫從建庫內(nèi)容上來說主要包含以下幾個方面：
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   運行實時數(shù)據(jù)
? 設(shè)施類數(shù)據(jù)
? 設(shè)備類數(shù)據(jù)
? 監(jiān)測類數(shù)據(jù)
? 業(yè)務類數(shù)據(jù)
? 管理類數(shù)據(jù)
? 系統(tǒng)類數(shù)據(jù)
? 其他數(shù)據(jù)

   數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)主要依靠地理位置關(guān)聯(lián)、屬性ID 關(guān)聯(lián)、時間關(guān)聯(lián)以及業(yè)務功能權(quán)限關(guān)聯(lián)。建立數(shù)據(jù)庫主要工作是分清數(shù)據(jù)庫的概念組成，定義數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，包括空間數(shù)據(jù)的分層、屬性數(shù)據(jù)關(guān)系表定義、屬性與空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)定義等，最后將這些數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計在數(shù)據(jù)庫中加以物理的實現(xiàn)，包括存儲策略、分布策略、索引策略等。

    3.1.3.3數(shù)據(jù)庫的部署

    在調(diào)度控制中心的工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫服務器上部署工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫KingHistorian，用來存儲海量的、具有時間特性的過程數(shù)據(jù)；使用用戶自定義關(guān)系數(shù)據(jù)表存放的是一旦確定不會經(jīng)常性變化的數(shù)據(jù)，如工作班次、管理類數(shù)據(jù)等。

   3.1.3.4工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
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    數(shù)據(jù)采集
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    數(shù)據(jù)壓縮過濾方案

    經(jīng)過分析項目中數(shù)據(jù)可以根據(jù)數(shù)據(jù)變化的頻率區(qū)分：變化快速且不規(guī)律的，需要進行快速采集；變化較少的，只需變化時進行存儲；存在一定比例關(guān)系的，可以在過濾后進行存儲。工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)采集時便提供3種以上的壓縮方式，如死區(qū)壓縮、旋轉(zhuǎn)門壓縮等。
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   下層數(shù)據(jù)訂閱方案

   對于工業(yè)過程數(shù)據(jù)采集，通常采用兩種方式：周期輪詢、訂閱。對于變化頻繁的數(shù)據(jù)，一般采用周期采集，可設(shè)置采集周期；而對于變化較少的數(shù)據(jù)，通常采用訂閱方案，即只有數(shù)據(jù)值發(fā)生變化時，才會采集并存入工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫中。
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    數(shù)據(jù)存儲

   針對非常高數(shù)據(jù)采集密度的需求，數(shù)據(jù)采集方案可使實際到達數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)得到降低。同時對于如此龐大的數(shù)據(jù)，最終進行歸檔時，適當?shù)臄?shù)據(jù)壓縮也是必要的。工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)存儲時同樣提供死區(qū)壓縮、旋轉(zhuǎn)門壓縮、改進的死區(qū)壓縮等多種壓縮算法，在保證數(shù)據(jù)壓縮前后趨勢不變得前提下使得所消耗的磁盤空間下降。
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   存儲瓶頸

   普通磁盤系統(tǒng)，硬件的存儲速度約為20M Byte/1秒，這樣的存儲速度，一秒鐘存20萬點數(shù)據(jù)，以每條數(shù)據(jù)8Byte計算，存儲需要的機械速度是1.6M Byte/1秒，完全是符合需求的。工業(yè)數(shù)據(jù)主要的組織格式是以變量為索引的時間順序，因此，當一次寫入不同變量的數(shù)據(jù)時，也需要相應的磁盤尋址時間，而并不是20萬點數(shù)據(jù)及時一次寫入磁盤的連續(xù)區(qū)域。

   真正耗費時間的是磁盤尋址，也就是磁頭在磁盤面上轉(zhuǎn)動和伸縮的時間，而真正用來讀寫數(shù)據(jù)的時間是小部分。而數(shù)據(jù)查詢則是需要磁盤尋址最頻繁的操作。由于硬件的操作才是整個系統(tǒng)的瓶頸，本項目所采用的工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫采用了采集緩存機制，只有整個工業(yè)庫的緩存數(shù)據(jù)區(qū)滿后，才一次性寫入到磁盤上，盡最大可能減少磁盤尋址時間和硬件交互時間。

   為了解決數(shù)據(jù)存儲的瓶頸問題，工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫采用批量數(shù)據(jù)寫入的存儲機制。如上圖所示，采用非Windows系統(tǒng)緩存的工業(yè)數(shù)據(jù)庫專用緩存，保存實時數(shù)據(jù)，只有當累積到一定的數(shù)據(jù)量只后才會一次性的將數(shù)據(jù)寫入到磁盤上，這種機制可減少磁盤尋址，避免數(shù)據(jù)存儲瓶頸對數(shù)據(jù)存儲的負面影響。
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   歸檔數(shù)據(jù)壓縮

   對于一個變量的一條記錄，按變量名id 4Bytes、數(shù)據(jù)值8Bytes、時間戳4Bytes、質(zhì)量戳1Byte、數(shù)據(jù)版本1Byte計算，一條關(guān)系數(shù)據(jù)記錄有18Bytes組成。對于工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫而言，經(jīng)過壓縮以后，實際上一條工業(yè)數(shù)據(jù)庫記錄大約只有7Bytes，因此整個工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫可以節(jié)省非常多的磁盤空間。
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   數(shù)據(jù)檢索
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   數(shù)據(jù)處理查詢

   數(shù)據(jù)庫的最終價值體現(xiàn)在它能夠支持數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析，使其它系統(tǒng)如決策支持和專家調(diào)度系統(tǒng)獲得有用的信息，而這些獲取信息的過程，必然伴隨數(shù)據(jù)的并發(fā)查詢與檢索。
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    實現(xiàn)高速并發(fā)歷史數(shù)據(jù)查詢的方案

   訪問歷史數(shù)據(jù)唯一的制約因素就是硬盤訪問速度。工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫專門開辟了一個內(nèi)部緩沖區(qū)，查詢數(shù)據(jù)時首先在緩沖區(qū)查找符合條件的數(shù)據(jù)，若不能，再到硬盤上讀取相應的數(shù)據(jù)。在有大量客戶多次并發(fā)查詢時，有很多次查詢可以在內(nèi)存緩沖區(qū)中完成，這樣做可以減少磁盤尋址的次數(shù)和規(guī)模。
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   統(tǒng)計、分析數(shù)據(jù)查詢

   有些數(shù)據(jù)查詢是伴隨著對這些數(shù)據(jù)進行計算，如某個時間點上的開關(guān)量，單純的這個數(shù)據(jù)值只能說明測點處在開或關(guān)的狀態(tài)，沒有其他的意義。但是當數(shù)據(jù)經(jīng)過處理分析，如對機泵運行時間進行統(tǒng)計、累計流量進行統(tǒng)計等，對調(diào)度決策就具有另一種意義了。它要求系統(tǒng)提供便于設(shè)置的計算平臺工具。對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析見“調(diào)度計算平臺”。
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   開放性接口

   工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫支持以SQL方式對歷史數(shù)據(jù)的查詢，它采用開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，支持API for VC ++/VB/.NET、OLEDB、ODBC、COM等數(shù)據(jù)接口，可滿足系統(tǒng)二次開發(fā)的要求。此外還可以與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)互訪。可以從其他的應用程序或其他數(shù)據(jù)庫中導入數(shù)據(jù)到歷史數(shù)據(jù)庫當中，例如SQL Server、Oracle、Excel、Access等。

  在線\離線方式的靈活設(shè)置

  支持單獨或者批量組態(tài)標簽點，包括創(chuàng)建、更新、刪除、查詢標簽點以及相關(guān)屬性；為了平衡控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊負載，系統(tǒng)支持針對過程數(shù)據(jù)特性，進行單獨或者批量定義標簽點采集頻率；支持在線新增、刪除標簽點，修改標簽點屬性；支持離線和在線兩種方式進行數(shù)據(jù)庫組態(tài)和配置。
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   安全性、可靠性

  工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫采用角色權(quán)限（讀數(shù)據(jù)角色，寫數(shù)據(jù)角色，配置變量角色等等）、用戶權(quán)限相互配合雙層安全管理體制，保證數(shù)據(jù)安全。

   另外，項目中所采用的工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫還支持冗余與鏡像的系統(tǒng)架構(gòu)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠，其原理如下圖所示：
 
                   
                                               圖 冗余結(jié)構(gòu)

   通過這樣的鏡像冗余系統(tǒng)，可以保證存儲、分析數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡展示用的數(shù)據(jù)分開，即使網(wǎng)絡上使用的數(shù)據(jù)遭到破壞，只是鏡像系統(tǒng)的損毀，只要更新進行鏡像就可以恢復數(shù)據(jù)，保證整個數(shù)據(jù)系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。

  3.2數(shù)字化油田與最佳生產(chǎn)實踐管理

   系統(tǒng)提供專業(yè)的石油采油分析功能，提供針對于采油設(shè)備的專業(yè)示功儀數(shù)據(jù)采集、存儲、分析與展示，提供專門的增產(chǎn)措施管理，利用宏觀控制圖提示增產(chǎn)措施方式。

   3.2.1示功圖

   系統(tǒng)實現(xiàn)采油生產(chǎn)實時監(jiān)控與管理，通過專業(yè)的抽油機功圖，完成功圖求產(chǎn)與抽油機故障分析檢測。系統(tǒng)將示功圖、電流圖原始數(shù)據(jù)在工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫進行長期管理，后期分析不需要任何加工就可以直接調(diào)用。依據(jù)載荷位移關(guān)系，分析抽油機產(chǎn)液量、分析采油生產(chǎn)是否正常，實現(xiàn)生產(chǎn)管理與控制的自動化與信息化。

   分析主要診斷結(jié)果為：氣體影響，游動凡爾漏失，抽油桿斷脫，卡泵，供液不足，固定凡爾漏失，氣鎖，連抽帶噴，固定凡爾卡死，泵嚴重磨損，完全液擊，柱塞脫落出工作筒，液體或機械磨損，泵上碰，泵下碰，泵工作基本正常等。

  相關(guān)計算方法

   Gibbs波動方程
  
              

   求解該公式的算法：

   1、通過位移差分法得到以下公式
  
             

   根據(jù)位移邊界條件，力邊界條件 及初始值 可求得桿各點的位移，及載荷 并可以進一步繪出示功圖。

    2、通過速度差分法得到以下公式
  
                 

   通過對速度進行數(shù)值積分可以得到相應的位移。

   3有限差分法得到以下公式
  
                 

   則任意節(jié)點i時刻j的動載荷以Fij表示
  
                

  5.2宏觀控制圖

   系統(tǒng)采用宏觀控制圖，完整分析油田生產(chǎn)潛力，為增產(chǎn)措施科學管理與實施提供技術(shù)知識和信息保障，為實現(xiàn)采油生產(chǎn)最佳實踐分析提供有力工具.
  
                  
                                             圖 宏觀控制圖

  4. 效益分析

   通過采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，采油工將可以通過電子巡井、遠程操控等手段，是每月野外工作量降低50%～70%；地面集輸系統(tǒng)將優(yōu)化掉站點30%左右，集輸管線每年能節(jié)省資金過百萬元。