关键字：计量站;程监控;SCADA;IFIX
前 言
别古庄工区是我厂的主力区块，承担着全厂近一半的产量，为了满足油井精细分析、快速反应的需要，同时为了减轻员工劳动强度，缓解新区投产造成的人员紧张局面，我厂于2001年开始在别古庄工区分期实施了自动计量工程。实现集中控制21座计量站油井的油、气、水计量工作，21座计量站注水井的水量、压力的监测，以及计量站汇管压力、温度、可燃气体浓度等相关参数的集中监控。
1 别古庄自动计量系统组成
1.1 系统硬件
整个硬件系统分三层，见图1：采集设备层，包括RTU、电动三（两）通球阀及阀门电动装置、压力变送器、温度变送器、旋进旋涡智能气体流量计、磁浮子液位计、可燃气体报警器、含水分析仪等自动化仪器仪表;远程控制层，包括两台远程控制监控服务器，即SCADA服务器;数据分析层包括一台数据服务器和一台客户机。它们之间的通信是通过局域网，符合TCP/IP协议。
（图1）
1.2 系统软件
系统软件体系分为采集子系统、监控子系统（SCADA）、数据分析子系统（DMS），具体结构见图2。采集子系统负责通过各种数据量（数字、模拟、脉冲）的采集模块与现场表联系，将数据采集上来。监控子系统负责将采集上来的数据显示在人机界面上，让操作人员能随时掌握现场情况和并控制采集子系统的运作。数据分析子系统负责存储数据库，并对数据进行分析汇总，绘制曲线图形，以便技术人员分析产量，迅速发现生产不正常的油井。
（图2）
2 以SCADA为核心，实现自动计量的原理和过程
从以上的结构图可以看出，实现别古庄自动计量的核心是监控子系统，即SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统。系统的组成，见图3： SCADA主要由人机交互程序、过程数据库（PDB）、扫描、报警和控制程序（SAC）、驱动器映像表（DIT）、I/O驱动等组成。
（图3）
数据显示过程：RTU采集的数据存放在数据寄存器，I/O设备轮询读数据后输出到DIT（Driver Image Table）驱动器映像表，SAC扫描DIT并写入PDB 的AI或DI等数据块，此时SAC会比较数值报警设定值，超过或低于报警设定值的进行报警，图形界面上显示的每个点都与PDB的每个标签名对应，标签名对应的数值将显示在用户界面上，同时，PDB中设定的SQL数据（SQD）、 SQL触发（SQT）将数据写入数据服务器。
硬件控制过程：
SCADA发布命令，写入PDB（过程数据库）AO或DO数据块，SAC扫描PDB并写入驱动映像表DIT，通过I/O驱动器、无线通信设备写入RTU，下位机指令驱动硬件动作。
3 SCADA系统的功能
3.1 自动监测。SCADA操作界面上直观的显示各计量站量油状态（哪口井正在量油、正在量第几罐、量油液位的高度等）、量油结果、计量站各阀门的状态、压力、温度等，实现实时数据的定时采集、显示、存储。
3.2 自动操作。在进行量油操作时，系统按照各计量站的量油井排序号以及设置的量油时间或量油次数，自动倒阀量油，如果没有人干预，直到该计量站的油井全部量完，出量油结果为止。
3.3 自动控制。在量油过程中，可以控制中止量油，量油时间或次数确定以后，也可以修改，系统会按照最新设置动作。
3.4 自动报警。主要是安全报警和状态报警，安全报警，如分离器压力过高、站内可燃气体浓度过高、回水温度过低等;状态报警有单罐计量时间过长报警（在规定的时间内没有量完一罐油）等。报警分两个等级：高高（低低）报警、高（低）报警。
3.5 数据管理。与关系型数据库的交互、数据图形显示、数据存档、报表生成，将数据存入数据库等。
4 SCADA系统设计的特点及创新点
4.1系统开放性强，容易维护
常见的组态界面是通过重新组态来完成界面的更新。但为了适应采油厂不断有新区、新井投产，不断有油井转注、新投注水井的要求，我们在系统设计时，首次提出了动态加减井、动态加减站的设想，用户只需在维护界面上输入新增加的井、站名称，系统自动画出相应的流程，且操作人员立刻可以对该井站进行控制。
4.2系统量油界面统一定制，实现一对多功能
别古庄工区21座计量站中，各站计量间的油井数量不一。最少4口井，最多17口井，但计量站的流程大多类似，为适应别古庄21座计量站的量油界面统一， 系统维护工作量小，通过数据库的支持和编制脚本程序，使不同计量站用同一个界面进行流程、数据切换显示。对于有特殊设备的站点，界面设置时统一考虑采用设备显示或消隐实现。
4.3 根据不同油井的出油规律确定不同的计量方式
传统的油井计量方式是每天计量几罐，然后计算出全天的产量，而这样对间歇出油的井计量出来的结果是不准确的，因此我们在设计计量方式时采用了一种按时间计量的方式，并将这种方式也写到了RTU程序里。定时计量可以根据油井的间出规律摸索量油时间，并在SCADA人机界面上设置，使该井在规定的时间内量油，在摸索某口井的出油规律时，也可以将该井的量油时间设为24小时，甚至更长，通过曲线的绘制来观察分析油井的出油规律。因此我们设计的计量有两种方式，即定次计量和定时计量。
4.4 系统具有实时报警分析功能
报警功能是几乎每个SCADA系统均具备的，我们的系统设计了实时报警分析功能。报警时实分析能够对整个系统的报警信息进行分析，统计总报警数、确认和未确认的高限报警、低限报警，并将统计结果分类显示，也可对报警信息进行分类、分站过滤、排序等操作。同时系统会对曾经出现了报警但当前已解除报警状态的变量也统计显示。这样对操作人员监测整个系统的运行、分析报警方向等有整体的概念。
4.5 PDB数据库设计具有科学性、合理性
针对系统数据采集项较多，要求计算的数据多且复杂。科学、合理地设计过程数据库，是保证数据采集、数据处理、数据传输以及数据存储能够顺利进行的最重要的步骤之一。iFIX 开发平台为用户提供了5类共34种数据库标签块，我们在设计数据库时充分考虑了每种标签块的优点，选用的标签块最具合理性， 其中数据的采集是由标准块（DI、DO、AI、AO）完成;数据的传输是由SQL块（SQT和SQD）完成;通过运算的数据用计算块（CA）; 延时、超前滞后、开关控制等由控制块实现;直方图、百分比、统计控制、统计数据是由统计过程控制块完成。
5 结论
该自动计量系统2002年10月通过了华北石油采油四厂专家组的全面验收。系统操作方便、运行可靠，21座计量站的量油与监控工作全部转移到别古庄中心控制室2名值班人员身上，将减少的人员转岗到新区，解决了新区人员紧张的问题。 系统的应用改变了传统人工计量油气水的方式, 提高了计量精度，减少了资料差错;该系统与厂区局域网的挂接，使数据时实在网络上发布，技术人员能够在办公室看到现场数据，满足了油井精细管理分析的需要，同时提高了油田生产管理水平。
