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石油與天然氣作為方便高效的能源，在我國(guó)的能源產(chǎn)業(yè)中處于不可替代的重要位置。隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展，石化企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境和客戶需求在發(fā)生著巨大變化，石油、天然氣的采集、儲(chǔ)存、輸送、計(jì)量等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都需要科學(xué)的管理。統(tǒng)一完善的油田自動(dòng)化信息系統(tǒng)勢(shì)在必行。
人機(jī)界面（HMI：Human Machine Interface）是操作人員和控制系統(tǒng)的交互接口，可以應(yīng)用到油田SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。北京昆侖縱橫科技發(fā)展有限公司提供的HMI-base系統(tǒng)平臺(tái)，包括HMITECH硬件平臺(tái)和HMIBuilder軟件系統(tǒng)。
HMIBuilder分布式控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括以下系統(tǒng)：通用系統(tǒng)：運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)控制平臺(tái)，支持大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，采用分布式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的分布式共享和負(fù)荷分擔(dān)；Web系統(tǒng)：提供強(qiáng)大的Web Server功能，支持廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)端IE瀏覽監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行；嵌入系統(tǒng)：運(yùn)行在嵌入式人機(jī)界面系統(tǒng)中，WinCE操作系統(tǒng)，運(yùn)行環(huán)境精簡(jiǎn)、實(shí)時(shí)性高，配套人機(jī)界面平臺(tái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。行業(yè)定制系統(tǒng)：針對(duì)油田等行業(yè)的特殊應(yīng)用，縱橫科技提供定制化服務(wù)。
油田特殊監(jiān)控系統(tǒng)
高速數(shù)據(jù)采集和處理常用于石油、天然氣管道測(cè)漏和裂紋檢測(cè)。HMIBuilder為行業(yè)客戶定制的高速采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高速采集設(shè)備的嵌入。比如HMIBuilder可以通過(guò)DMA方式嵌入研華高速多功能板卡實(shí)現(xiàn)單通道64K以內(nèi)的高速模擬信號(hào)采集。系統(tǒng)采集模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、隔離和低通濾波的處理，排除現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的干擾。然后，經(jīng)過(guò)DAS卡的DMA高速數(shù)據(jù)采集模式，采集并保存數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)曲線（模擬示波器）、高速相對(duì)曲線（李薩如曲線）等顯示和數(shù)據(jù)分析（如圖1）。
依據(jù)HMIBuilder高速數(shù)據(jù)采集解決方案，縱橫科技成功開發(fā)了磁懸浮飛輪測(cè)試系統(tǒng)（如圖2），目前已經(jīng)交付北航實(shí)驗(yàn)室，用于航天飛輪和陀螺設(shè)備測(cè)量。
油田現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
油井現(xiàn)場(chǎng)的控制器不僅檢測(cè)光桿載荷、位移、電機(jī)的電壓、電流、井口回壓、井口溫度等參數(shù)，而且具有抽油機(jī)啟停的遠(yuǎn)程遙控功能。HMIBuilder通過(guò)CDMA/GPRS 網(wǎng)或者數(shù)傳電臺(tái)或者以太網(wǎng)寬帶方式，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，處理并存儲(chǔ)到采油廠數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求，選用適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵞Ｊ?。比如華北油田內(nèi)蒙現(xiàn)場(chǎng)（如圖3所示），處于戈壁灘，環(huán)境惡劣，無(wú)人值守。考慮到實(shí)時(shí)效果，縱橫科技采用了無(wú)線寬帶實(shí)現(xiàn)主控室HMIBuilder系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)的通訊。
油田管控綜合系統(tǒng)
油田自動(dòng)化有自己的特點(diǎn)。首先，采油/氣點(diǎn)分布比較分散，有的相距幾百米，幾公里。采油/氣生產(chǎn)輸送現(xiàn)場(chǎng)均是安全防范的重點(diǎn)對(duì)象，要求建立包括油井遠(yuǎn)程監(jiān)控、輸油管線泄露監(jiān)測(cè)、集輸站庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)控、油氣計(jì)量站監(jiān)控等多系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)，保證原油和天然氣的采集、輸送和儲(chǔ)存的安全。同時(shí)，可以對(duì)企業(yè)的設(shè)備運(yùn)行狀況、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息和現(xiàn)場(chǎng)故障記錄等進(jìn)行及時(shí)、全面的了解和掌握。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和管理及時(shí)溝通，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。
縱橫科技提供的油庫(kù)罐區(qū)管理和加油控制綜合系統(tǒng)（如圖4）體現(xiàn)了HMIBuilder系統(tǒng)的管控一體化的理念。
在系統(tǒng)設(shè)備層中，主要監(jiān)測(cè)和控制的設(shè)備為：儲(chǔ)油罐、油泵、油閥和油料計(jì)量設(shè)備。其中對(duì)儲(chǔ)油罐的監(jiān)測(cè)，采用美國(guó)AMETEK-DREXELBROOK液位計(jì)進(jìn)行集中數(shù)據(jù)采集，然后將采集的儲(chǔ)油罐工況數(shù)據(jù)送PLC和罐區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)控后臺(tái)機(jī)。
控制層主要以Siemens S7-300 PLC可編程邏輯控制器為中心。同時(shí)，磁致伸縮液位儀通過(guò)MODBUS通訊接口將油罐的液位、溫度等信號(hào)，傳遞給現(xiàn)場(chǎng)管理工作站。HMIBuilder現(xiàn)場(chǎng)工作站負(fù)責(zé)向信息層轉(zhuǎn)發(fā)油高、水高、平均溫度、標(biāo)準(zhǔn)體積、質(zhì)量等數(shù)據(jù)。
在管理層，監(jiān)控中心平臺(tái)采用以工作站為中心的分布式監(jiān)控系統(tǒng) (Distributed Monitor System), 履行實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的職能。通過(guò)分布式組態(tài)系統(tǒng)HMIBuilder，實(shí)現(xiàn)存盤服務(wù)器、告警服務(wù)器、校時(shí)服務(wù)器等負(fù)荷分擔(dān)的分布式管理。每個(gè)工作站都可以看到全局的數(shù)據(jù)信息。加油機(jī)管理系統(tǒng)和罐區(qū)監(jiān)控信息，包括加油記錄、交班信息等。信息層是油庫(kù)中油料流程管理的樞紐。
油田設(shè)備配套
油田專用設(shè)備包括油田作業(yè)機(jī)械、油田天然氣檢測(cè)設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、車間制冷機(jī)組監(jiān)控設(shè)備、高壓變頻管理設(shè)備、大型在線檢測(cè)設(shè)備等。專用設(shè)備的電子管理系統(tǒng)一般由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、控制軟件、智能采集模塊、邏輯控制器、傳感器、控制柜等組成，具有對(duì)設(shè)備參數(shù)如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、電量的采集、存儲(chǔ)和顯示功能，并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)控制。
縱橫科技提供的HMIBuilder組態(tài)系統(tǒng)可以運(yùn)行在各種工控系統(tǒng)。在縱橫科技油田配套專用設(shè)備系統(tǒng)中，常用控制模式有：
嵌入模式：通過(guò)嵌入式人機(jī)界面，配備HMIBuilder嵌入式系統(tǒng)，連接總線設(shè)備。 通用模式：標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配備HMIBuilder通用控制系統(tǒng)，通過(guò)并行擴(kuò)展I/O，連接傳感器設(shè)備。 混合模式：很多大型設(shè)備配套自控系統(tǒng)采用并行擴(kuò)展和總線擴(kuò)展的結(jié)合的模式。
縱橫科技的人機(jī)界面平臺(tái)已經(jīng)成功應(yīng)用于油田天然氣檢測(cè)的正壓充氣防爆系統(tǒng)（如圖6所示）、油田天然氣計(jì)量系統(tǒng)、油田注水配套設(shè)備、油田發(fā)電設(shè)備控制系統(tǒng)和油田鉆井機(jī)車控制系統(tǒng)等。
采用各種生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)（Process Control System）、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行控制系統(tǒng)（MES）、計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)（MIS）、企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP），應(yīng)用于生產(chǎn)和企業(yè)管理，可以取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。石化行業(yè)的實(shí)踐證明了計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)是挖潛增效的一種手段。 縱橫科技為石化行業(yè)提供的基于人機(jī)界面的分布式HMIBuilder軟件平臺(tái)和HMITECH人機(jī)界面產(chǎn)品，綜合現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、分布式SCADA監(jiān)控技術(shù)，成功應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，貫穿整個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，包括石油油井/海上平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控、油田油氣計(jì)量、煉油廠監(jiān)控、注水站監(jiān)控，流通領(lǐng)域的庫(kù)區(qū)管理、加油控制系統(tǒng)等。
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