摘要：天然氣生產指揮調度系統采用紫金橋實時數據庫為數據中樞，實現對整個生產平臺的實時監控、數據存儲、處理、異常分析、遠程管理，同時將信息管理引入到平臺系統中，打破了傳統系統的信息瓶頸問題，不僅改變了原有的數據流程管理模式，也實現了從職能化管理到業務流程管理的轉變。

關鍵詞：遠程數據源、群集服務器、數據轉儲、生產指揮調度系統

大慶油田天然氣分公司隸屬于中國石油天然氣集團總公司，擔負著大慶油田每年生產5千萬噸原油的生產任務，年加工濕氣20億立方米、輕烴80萬噸，是全國最大的溶解氣處理加工基地。其包括9個油氣生產大隊、2個儲運大隊和1個銷售中心，共12個生產大隊，同時負責整個大慶油田的油氣集輸和油氣初加工任務。

長期以來，大慶天然氣公司生產數據的采集都是由崗位操作工傳輸到大隊調度，之后數據流傳輸到公司調度的語音聯系，將生產數據逐級上傳。傳統的做法有一定弊端，即：上級無法實時察看各裝置的運行狀況，難以統一協調；崗位工人疲于定時上報數據，有可能忽視裝置運行狀態的監控，給安全生產造成了隱患。

為此，根據天然氣生產集輸現狀，在原有數據采集的基礎上重新開發實施了生產指揮調度系統，系統通過現場數據采集監控網、系統優化數字化平臺網二級網絡系統，形成天然氣生產、集輸系統的數字化、信息化、網絡化監控平臺，實現了遠程數據信息共享和生產管理的實時調控，支持遠程移動辦公和異地查詢。

1 組成原理及典型功能

天然氣生產指揮調度系統的核心是紫金橋實時數據庫，實時數據庫負責獲取各分站的數據，并通過WEB發布功能將收到的數據動態顯示在用戶的IE瀏覽器上，并且設置群集功能增加系統的穩定性，自定義數據轉儲，將實時數據庫中的內容定時保存在關系數據庫中。

其中，服務器主要負責數據的匯總、發布和轉儲，為數據分析提供數據依據；數采中心采用紫金橋組態軟件，負責數據的采集，并將采集到的數據傳送給紫金橋實時數據庫服務器端。整體的系統架構圖如圖1所示。

圖1 系統架構圖

Fig 1 Main configuration of system

天然氣生產指揮調度系統數據采集層模塊包括：數據采集通訊組件（完成數據的讀取和校驗）、通訊狀態報警組件、實時數據庫二次壓縮組件（對大量的計算結果、現場實時數據、管理數據進行二次壓縮存儲）、時鐘同步組件（執行數據提供者與實時數據庫服務器間嚴格的時鐘同步）。

首先介紹一下系統部分核心功能

1.1 群集

群集通過協同工作方式，運行同一套應用程序，群集技術可使應用平臺免于整個系統的癱瘓以及操作系統和應用層次的故障，降低因服務器故障造成的損失[2]。服務器集群包含多臺擁有共享數據存儲空間的服務器，各服務器之間通過內部局域網進行互相連接，當其中一臺服務器發生故障時，它所運行的應用程序將與之相連的服務器自動接管。群集技術的目標在于通過多層網絡結構進一步提高伸縮能力、可用性與可靠性[6]。

1.2數據轉儲 

通過數據轉儲可以把實時數據庫中的值按照一定的周期轉存到關系數據庫中，這樣用戶就可以使用關系數據庫所提供的各種功能對數據進行處理[3]。

在“數據轉儲組態”中設置數據源、表名稱、表類型、方向、周期等信息。

在“數據轉儲”對話框內察看各轉儲量的信息。

1.3 斷點續傳：

在生產指揮調度系統中，斷點續傳包括兩部分內容，一部分是服務器與前置數據采集計算機之間，因為天然氣公司覆蓋范圍太廣泛，網絡跨度太大，經常會出現前置數據采集計算機與服務器之間網絡中斷的情況，中斷以后現場實時生產數據就不能傳輸到服務器中，斷點續傳功能很好地解決了這個問題：當通訊發生故障時，前置數據采集計算機會自動為服務器保存數據，當通訊恢復正常后，前置數據采集計算機會自動將數據恢復到服務器上，保證服務器數據完整，前置數據采集計算機保存數據量取決于組態時的設置。另外一方面，從前置數據采集計算機恢復到服務器中的數據，也要按照上層管理軟件的要求恢復到關系數據庫中，保證上層管理軟件數據的完整性[7]。

數據恢復

數據傳輸過程中難免出現意外情況，當前置機和服務器間通信出現中斷時，就可能導致數據的丟失。如果設置了數據恢復功能，就可以在通信恢復暢通的情況下，將未上傳的數據補充到服務器端。

事件瀏覽

事件瀏覽功能記錄了實時數據庫的相關操作，包括系統啟動信息、網絡連接信息、設備故障信息等。通過這些信息可以了解系統的運行日志，對系統的維護提供了有力的支持。

2、實時數據采集系統環境的設計

根據目前天然氣生產集輸現狀，在原有數據采集的基礎上開發實施了生產指揮調度系統，系統通過現場數據采集監控網、系統優化數字化平臺網，形成天然氣生產、集輸系統的數字化、信息化、網絡化監控平臺，實現了遠程數據信息共享和生產管理的實時調控,支持遠程移動辦公和異地查詢。

2.1硬件環境及網絡環境

該系統的硬件部分大多利用原有的工控機實現，同時增加部分生產大隊的數據服務器和數據采集服務器，系統對硬件配置要求并不高；對于網絡環境而言，由于天然氣系統的特殊性，也決定了天然氣分公司網絡環境的復雜性，天然氣分公司的局域網基本上借助于公司下屬采油廠的網絡環境，并且有些裝置區、計量站隊偏遠，無法接入油田公司局域網，所以在裝置區鋪設了光纖，搭建了分公司無線網，由無線網轉接到油公司局域。

2.2 軟件環境

由于裝置和集輸計量現場監控系統安裝的時間不同，裝置和儀表類型的不同，所以底層采用的軟件環境也不同，為了能夠將不同軟件環境采集的數據存儲到同一個數據庫環境中，系統使用了相對成熟穩定的紫金橋組態軟件，作為上位機工作站上層和公司中心服務器端的軟件開發環境。

2.3安全措施

該系統是一個龐大的生產運營監測管理系統，在保證系統具有強大功能的同時，更要保證系統的安全性，因為上位機若遭到病毒或黑客的攻擊，不但數采監控傳輸功能被破壞，嚴重的會造成裝置停機等生產事故，由于網絡的復雜性，我們進行了如下的安全保護設計：

2.3.1系統抗病毒能力設計

采用網絡版防病毒軟件來保護網絡操作系統安全運行，建立嚴格的網絡安全機制（包括防火墻技術、虛擬網絡技術）對系統病毒的傳播有抑制作用。

2.3.2網絡系統安全設計

為維護網絡系統安全在無線網與油田局域網之間加入硬件防火墻加以防范，主要采用VLAN劃分子網和防火墻技術。

公司網絡內部，用戶訪問互聯或外部用戶通過互聯網訪問本系統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遭到破壞。另外代理服務器PROXY SERVER也提供了可擴展的防火墻安全特性，使網絡系統被他人入侵時能及時采取措施[5]。

2.3.3信息查詢安全設計

由于天然氣生產和集輸系統有很多信息需要保密，所以在服務器層開發時，根據天然氣管理的要求，按著用戶的級別和權限，設定不同的、唯一的密碼。不同級別的用戶只能訪問與其級別相適應的網絡資源和數據、圖形信息。

3. 生產指揮調度系統整體設計與實現

與上位機工作站相映的實時數據庫，通過自身的通訊接口將模塊的數據傳送到服務器上，同時根據現場生產、集輸控制流程和管理所需的信息創建發布圖形界面，所發布的信息只要有瀏覽器，便可以實時查看現場裝置運行和集輸情況。天然氣實時數據監控系統簡圖如圖2所示

圖2 天然氣實時數據監控系統簡圖

Fig 2 Gas Monitoring System for real-time data diagram

3.1 主要功能實現概況

服務器端運行的組態軟件平臺是天然氣生產、集輸數采監控傳輸系統的核心，是網絡通訊的樞紐。它是采集現場信息和網上發布的橋梁，它與現場上位機工作站端的通訊協議采用TCP/IP協議，既標準的C/S模式[1]。

系統服務器端具有WEB發布功能，通過紫金橋webserver可輕松實現網絡訪問，在服務器端應用紫金橋軟件的畫圖工具，創建現場流程圖、管理報表及其他信息界面，再與服務器端的實時數據庫相連，就可以將現場信息實時地以圖形和報表的形式發布到網上，非現場管理人員通過瀏覽器根據自己的權限和級別實現復雜信息檢索，監控自己所管轄的現場狀況，這種圖形信息網上發布功能是傳統關系型數據庫幾乎無法克服的，發布的同時還將保持高度并發處理能力，WEB訪問用戶數不受限制，此系統在服務器端創建上萬個采集點包括了大部分裝置運行參數和所有表示量的數據，按單位分組存儲，流程圖上千多幅，所有813計量表的靜態信息都以單獨界面的形式開關地顯示在每塊表的旁邊。

為了給今后其它以關系型數據庫開發的應用系統軟件提供第一手資料，也為了保證了天然氣分公司數據源的唯一性和可靠性，服務器端軟件提供的ODBCGET工具，將實時歷史數據可以實時或定時轉儲到關系型數據庫中，轉儲時可以將所選的采集點（以IP為單位），實時成批地轉儲到關系型數據庫不同的數據表中，也可以通過用數據轉儲模塊，先建立實時數據庫與關系型數據庫之間的綁定，在通過編程實現數據轉儲，轉儲到關系型數據庫[4]。 

服務器端自動檢測通信信道狀態，網絡通信量的統計、異常事件的處理和記錄等功能，實時性地診斷通訊狀態和鏈路鏈接情況，形成報告，顯示在服務器端的單獨窗口中；鏈路自動恢復處理，保證了發生鏈路中斷時發送的報文不被丟失。

服務器端與上位機工作站間同時進行多點通訊，對每臺上位機工作站（底層數據庫，以機器的IP為通訊節點）的訪問周期可以根據用戶需要、采集點的多少和網絡環境自行設置，我們一般設置每三秒鐘輪回采集現場數據一次，保證了人的數據實時性。

3.2 系統發布界面的設計與實現

天然氣生產指揮調度系統主要用于生產管理，系統內容含蓋了天然氣分公司所有的運行信息、計量信息、外網管網等信息，系統設計主菜單按生產單位及處理站、計量間分層劃分，子菜單以生產管理內容劃分。

運行信息：反映各生產加工處理裝置的各種統計數據、裝置運行狀況、天然氣外輸情況、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、年度的綜合統計數據。

外網信息：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管網流程圖信息。

計量信息：計量管理以公司的生產實時數據庫為基礎，生成裝置（小隊）、大隊、公司三級計量管理數據，計量主要包括輕烴計量；采油廠來氣、來油計量；返輸氣、商品氣計量；水庫來水計量等等。供計量管理部門及有關人員訪問，生成各類計量報表、計算產品的計量缺損、評價計量系運轉效果。

4 結語

天然氣生產指揮調度系統的成功構建，打破了大慶天然氣集團公司以往的以手工記錄數據和電話上報數據的信息流模式，實現了裝置采集與網上發布同步的功能，完成數據存儲、壓縮及管理功能，同時為數據的高級分析提供了數據基礎和數據依據，不僅改變了原有的數據流程管理模式，也實現了從職能化管理到業務流程管理的轉變，縮短了信息溝通的時間，提高了工作效率，實現真正的跨平臺應用，信息資源得到了充分的共享,極大地提高反饋速度及生產管理效率，為公司信息化管理打下了堅實的基礎。 

參考文獻：

[1]  Stevens,W.R.；胡谷雨譯 TCP/IP詳解 機械工業出版社 2002

[2]  Russinovich,M.E.,Solomon,D.A； 深入解析Windows操作系統 電子工業出版社 2004

[3] 許斌輝,孫亞剛 Windows Server2003網絡管理員完全手冊 清華大學出版社 2005

[4] 紫金橋公司.高級用戶指導 2004

[5] 莫林莫托  Windows Server 2003深層解決方案  中國水利水電出版社 2004

[6] 飛思科技 SQL Server 2000 高級管理與開發  電子工業出版社 2002

[7] 紫金橋公司.用戶編程高級指南 2005