基于 GIS 的油田站控组态软件研究与实践

0 引 言

油田油气场站是一个一级防爆、防火的场所，属于高危地域，且生产地理环境复杂，作业环境恶劣，而设备故障、人员操作失误可能随时引起事故的发生，存在诸多安全隐患。因此对站库工艺流程进行全面有效地监控，是保障油田原油安全生产的重要环节。近年来，各油田不断加强对站库安全生产的监管力度，逐步进行数字化的建设和改造，取得了显著的经济效益与社会效益。设计开发油田联合站生产过程实时监控系统，对生产装置的关键回路及其工艺参数进行实时采集和动态跟踪监视，将生产过程系统与管理系统紧密结合起来，实现生产过程实时信息与管理信息的集成，为管理决策层提供可靠的理论依据具有十分重要的作用和意义。

1 现状分析

分散型控制系统( DCS，distributed control systems) 是以微处理机为基础，以微机分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT 技术和控制技术即 4C 技术于一体的新型控制系统。目前它广泛应用于油田站库管理领域。组态图形系统常用作 DCS 软件的 HMI( human and machine interface，人机界面) ，它提供

了绘制包括点、线、矩形、多边形、圆等基本图形对象的工具栏，用于生成监控对象的图符，并能容易地根据监控对象的实时状态动态地进行组合。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。目前常用的组态软件主要有通用和定制两种类型。后者适用于特殊行业; 前者没有行业限制，应用面较广，但要考虑与下位机通讯的兼容性。国内市场上常用的组态软件主要针对特殊行业，例如霍尼韦尔( Honey Well) 的 DCS 板块、西门子的 WinCC、Wonderware 的 InTouch、Intelution 的Fix、亚控的组态王等。它们普遍提供大量通用设备的驱动程序和简单、直观、美化 HMI，方便用户的应用。当前，组态软件正在向一体化方面发展，把数据采集、远程监视与控制、信息管理、远程诊断和维护以及基于 Internet 的分布式资源共享等技术集成在一起。

为了实现可视化有效监控，我们引入地理信息系统( Geographic Information System，GIS) ，通俗地讲，它是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。它是一种特定而又十分重要的空间信息系统，是在计算机软硬件支持下，以采集、贮存、管理、处理分析和描述空间和地理分布有关的数据，运用系统工程和信息科学的理论、科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。而场站安全监控结合 GIS 更有其特殊优势: 第一，GIS 具有采集、管理、分析和输出多种站场地理信息的能力，具有独特的空间性和动态性优势; 第二，GIS 的重要特点之一就是计算机系统的支持，从而使得系统能对复杂的站场地理系统进行快速、精确、综合的空间定位和过程动态分析。第三，可对站场日常生产中产生的动静态数据，以图形化的界面提供，为安全生产提供有效及时的判断依据。

基于此，本文提出“组态 GIS 化”的思想: 利用工业组态软件获取各类实时参数并存储于实时数据库，通过异构数据库的数据转换实现站场图形化数据显示，结合场站设备设施静态数据，建立基于 GIS 的油田站控组态软件系统。

2 设计思路

油田站控组态软件系统以 GIS 技术为支持，面向油田公司、采油厂( 作业区) 、站库技术层，实现地理信息与属性数据、生产实时数据的统一管理。从实时监控来讲，不同于一般的 DCS 和 SCADA 监控系统，它把站场的所有工艺流程通过一张图的形式展示出来，并基于 DCS 和 SCADA 采集的实时数据进行宏观展示、分析与决策，它离不开现有监控系统的数据支持; 同时它又把空间基础数据、属性数据与实时生产数据相结合，为保障油田安全生产又提供了更深层次的辅助依据。从地理信息系统角度讲，也不同于传统基于数据库的管理系统与 CAD 系统，它主要包括图形数据库与属性数据库，体现图形与数据相结合的特点，而属性数据库管理主要完成图形实体的属性数据输入与处理、各种报表的管理与输出等，同时两者并不孤立，图形数据与属性数据间的动态连接通过数据接口和数据库服务器实现; 此外，实时数据的 GIS 动态展示是 CAD 系统无法比拟的。

本系统在现有力控组态软件的基础上，利用 GIS 技术特点，结合组态软件采集的实时生产数据，将空间数据、静态属性数据、动态生产数据进行汇总分析，为油田各级领导提供宏观与微观的生产状态展示与分析，辅助生产决策( 如图 1 所示) 。