一、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)備來對分離、計量、換熱、調(diào)壓等過程進行檢測與控制外，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，因此建立一個統(tǒng)一的，現(xiàn)代的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)十分重要。

        北京三維力控科技有限公司設(shè)計、開發(fā)、并實施的天然氣公司實時生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)，從提高公司整體效益著眼，從強化生產(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)的實時數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一安裝實時生產(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)對市場的應(yīng)變能力。

        根據(jù)天然氣公司的區(qū)域分布，其實時信息管理系統(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)程移動辦公和異地查詢。

        二、系統(tǒng)介紹及特點

        天然氣公司下屬60多個計算機操作崗，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、儲運等，各裝置的監(jiān)控系統(tǒng)包括力控、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)實時數(shù)據(jù)直接送往公司的實時數(shù)據(jù)庫。

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

        2.1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）、通訊狀態(tài)報警軟件（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，及時報警并對故障做初步診斷）、實時數(shù)據(jù)庫二次壓縮軟件（對大量的計算結(jié)果、現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)進行二次壓縮，節(jié)省存儲空間，使歷史數(shù)據(jù)可保存10年以上）、時鐘同步軟件（執(zhí)行數(shù)據(jù)提供者與實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器間嚴(yán)格的時鐘同步）。

        2.2數(shù)據(jù)采集、通信實現(xiàn)方案

        在60多套測控制系統(tǒng)中，有30多套安裝投用的是力控?軟件，另外30多套為其他多個廠商的多種控制軟件。對于這些控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了從原控制系統(tǒng)到力控®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行大數(shù)據(jù)量實時信息檢索，開發(fā)了基于IIS的數(shù)據(jù)庫引擎等。

        2.3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)計數(shù)據(jù)，包括裝置運行狀況、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，同時可以提供裝置的班、日、周、旬、月、季、半年、年度的綜合統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

        2）外網(wǎng)信息系統(tǒng)

        反映各站隊與供氣方（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，按裝置類別等）反映損耗信息（加工損耗，輸送損耗，存儲損耗），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）計量信息

        計量管理以公司的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，生成裝置（小隊）、大隊、公司三級計量管理數(shù)據(jù)，計量內(nèi)容包括向輕烴總庫輸送輕烴總量，向乙烯油田氣計量間輸送的天然氣總量計量，采油廠來氣計量，水庫來水計量等等。供計量管理部門及有關(guān)人員訪問，生成各類計量報表、計算產(chǎn)品的計量缺損、評價計量系運轉(zhuǎn)效果。

        2.4系統(tǒng)安全性

        該系統(tǒng)是一個龐大的生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)，我們在保證它的強大的功能的同時，也考慮了該系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)的安全保護設(shè)計如下：

        (1)系統(tǒng)抗病毒能力設(shè)計

        采用網(wǎng)絡(luò)版防病毒軟件來保護網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)安全運行，建立嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)安全機制（包括防火墻技術(shù)、虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）對系統(tǒng)病毒的傳播有抑制作用。

        (2)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計

        為維護網(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，采用VACN技術(shù)、虛擬網(wǎng)把網(wǎng)上用戶分成多個子網(wǎng)，每個網(wǎng)的用戶只能在允許的范圍內(nèi)訪問。

        在服務(wù)器級，設(shè)定不同的權(quán)限和口令，分配給不同的用戶。不同級別的用戶只能訪問與其級別相適應(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也提供了可擴展的防火墻安全特性，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被他人入侵時能及時采取措施，并可跟蹤到他人從外部入侵的企圖。

        三、關(guān)鍵技術(shù)介紹

        根據(jù)實際情況，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；

        *FIX32專用接口軟件；

        *FOXBOROIA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)軟件將運行在各上位機工作站內(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數(shù)據(jù)庫內(nèi)獲取實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的同時，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)檢驗處理功能

        為保證實時數(shù)據(jù)傳送的可靠性，對傳送的報文數(shù)據(jù)要進行數(shù)據(jù)檢驗處理。在發(fā)送端對報文數(shù)據(jù)加入校驗碼，在接收端對數(shù)據(jù)及校驗碼進行檢驗，對誤碼進行糾錯處理。數(shù)據(jù)檢驗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，實時性地診斷通訊狀態(tài)和鏈路鏈接情況。

        *鏈路自動恢復(fù)處理

        當(dāng)為通訊鏈路出現(xiàn)中斷現(xiàn)象時，遠(yuǎn)程通訊服務(wù)程序要具備鏈路自動恢復(fù)功能，并保證在發(fā)生鏈路中斷時發(fā)送的報文不被丟失。

        *代碼緊湊，運行效率高，以減少對上位機工作站的資源占用。

        *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計算模式，是網(wǎng)絡(luò)通訊的樞紐。

        該軟件重點完成的功能及達到的性能要求包括：

        *底層通訊協(xié)議采用TCP/IP。

        *帳號自動管理

        系統(tǒng)在啟動時，可按照預(yù)置帳號自動登錄，完成用戶注冊和密碼校驗。

        *信道自動檢測

        自動檢測通信信道狀態(tài)，并可形成報告。

        *網(wǎng)絡(luò)管理

        網(wǎng)管功能可實現(xiàn)多結(jié)點通訊時對網(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、異常事件的處理和記錄等功能。

        ISAPI數(shù)據(jù)庫引擎軟件

        通過瀏覽器方式實現(xiàn)復(fù)雜信息檢索，單純的HTML是無法實現(xiàn)諸如：記錄文件信息、查詢信息提交、統(tǒng)計、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時性問題：以全廠數(shù)據(jù)量為10000點（實際要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于此數(shù)量）來計算，如果1分鐘采樣四次（這已經(jīng)犧牲了很多實時性），并形成一個數(shù)據(jù)庫記錄，則在一年時間內(nèi)將產(chǎn)生的記錄數(shù)約為一百億個記錄。對如此多記錄的數(shù)據(jù)庫進行查詢、統(tǒng)計、檢索時，實時性將會極低。

        結(jié)合力控®的實時數(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實現(xiàn)WEB訪問。ISAPI彌補了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時性的前提下，完成記錄文件信息、查詢信息提交、統(tǒng)計、搜索程序、WEB數(shù)據(jù)庫等全部功能，同時它將保持高度并發(fā)處理能力，使同時WEB訪問用戶數(shù)沒有限制。

        四、投用效果

        該系統(tǒng)投用以來具有運行穩(wěn)定、性能可靠、維護方便的特點。真正實現(xiàn)了統(tǒng)一管理，大大提高了整個企業(yè)的管理效率和管理的科學(xué)性。