国产SCADA系统在苏里格气田的应用

国产SCADA系统在苏里格气田的应用

寇苗苗,李石林, ,呼军, 顾翔, 田霄, 李晨, 刘茜

（长庆油田公司第五采气厂 陕西西安 710014）

摘要：近年来随着数字科技的进一步发展，能源工业的发展进一步促使工业控制系统改进，我国国产信息化技术下的工业软件迎来了发展的黄金时期。数据采集和监控系统（SCADA系统）在工业中主要承担工业生产过程中的数据监控，是现代化工业生产领域不可缺少的一部分。气田行业的安全生产为我国经济社会的稳定发展提供了坚实的基础，国产SCADA系统在气田行业的应用对该行业安全化、智能化、稳定化等提到了提升和促进作用。本文介绍了国产SCADA系统成功应用于苏里格气田的改革项目，该项目完成了苏里格气田各作业区所辖所有井场内的各个生产设施的运行监控及远程操作与管理任务，完成国产SCADA系统替代国外监控系统的可行性评价，为后期全面推广气田国产化监控系统提供技术支持，同时开发了智能化一键加井功能，提高气井组态的准确性性、便携性及高效性。该项目的应用不仅在技术和安全上实现了提升和深度融合，而且建设费用总体下降达到了80%以上，为苏里格气田的安全生产保驾护航。

关键词：SCADA系统；国产；气田安全

SCADA全称Supervisory Control And Data Acquisition，也就是数据采集与监视控制系统，是一项以计算机为基础的自动化控制系统，被广泛用于采矿、冶金、电力等工业领域。国外的SCADA系统发展比较早，目前已经进入第四代，随着国内工业控制技术的进步，我国的控制系统、监控软件技术已经由原来的前期学习、跟随、积累阶段，进入到成熟应用阶段，国产SCADA系统也有了长足的进步。伴随着国内“工业4.0”和“中国制造2025”时代的到来，物联网技术与其它领域的深度融合，国产SCADA系统的技术基础更加坚实，国内市场的广泛需求也带动了国产和自主可控的产品快速成熟。国产SCADA系统的成熟度以及应用情况充分表明，该系统已经具备了在油气田行业应用的基础，可以为油气行业的生产安全和战略安全保驾护航。

一、国产SCADA系统HiaPlant（SmartControl）

在国产SCADA系统中主要采用了HiaPlant（SmartContral）系统，该系统最主要的特点在于，不仅利用了传统的控制系统，而且将互联网、工控信息安全等新技术融入其中，是一款基于现代物联网技术、大数据和工控安全技术推出的新一代面向流程行业的SCADA系统。

1. 功能架构

HiaPlant（SmartControl）系统软件架构具有极高的可靠性和可扩展性，可作为企业级一体化智能管控平台或系统集成平台。

1)OT层和IT层有机融合；

2)实时库/历史库服务组件均支持冗余配置和分布式部署；

3)采用新一代高性能数据库；

4)数据加密传输；

5)支持自行封装通讯协议。

2. 系统特点

该系统主要具有以下特点：

1)扩展性：在统一的框架下可以通过插件的方式增加新的服务，无需停机即可完成高扩展的工作。

2)伸缩性：该系统可以满足不同生产规模的需求，组成该系统的组件都可以跨网服务工作。

3)可靠性：在系统发生故障时，每个节点均可以完成自我诊断和故障上报，快速实现故障识别，并通过自动重启保护其他部分的信息。

4)安全性：实现从现场主机到信息化层服务器、从网络到边界形成多层次、多手段的综合防护；并通过在数据流向、传输协议、传输加密、身份验证、主机加固等各个方面实现的多重安全防护，从而较好的保证系统运行的信息不被泄露。

5)物联网：支持有线、无线、4G/5G等工业物联通讯技术。

6)远程维护：采用高级加密技术和云技术实现远程组态下装和远程调试，支持多工程集中管理，给用户带来极大的便利；

7)数据回放：该系统具有数据回放的功能，可以通过操作将一段时间或某一瞬间的工艺变化工程保存，并通过数据分析功能，协助用户优化工艺流程和分析事故原因。

8)高级算法：支持高级控制策略脱离主控在上位机独立运转，充分发挥上位机性能优势为用户自行实现较复杂的控制逻辑提供了强有力的新手段。

二、系统在苏里格气田的应用

1. 苏里格气田现状

在世界能源紧缺的时代背景下，气田行业作为传统的能源型产业，对于维护世纪经济的稳定起到了基础性的作用。据有关数据统计显示，在2022年中国的能源大数据报告中，天然气消费明显回升，同比增长12.7%，天然气产量更是突破2000亿立方米，同比增长7.8%，是我国其他行业以及整体经济平稳运行的重要支撑。由于气田行业的基础性作用长期以来都有国家强力支持，在如今油价不断上涨的影响下，气田行业在工业生产控制和管理上要求做出全新的改革，以满足不断上涨的消费需求。

苏里格气田作为我国重要的天然气生产基地，实现作业区集气站和单井生产数据的采集及控制的工控系统使用的是进口产品，工控产品被国外厂商垄断，国外厂商完全有能力、有手段对正在运行的工业控制系统进行远程操控，或者获取机密数据，工控系统面临严重的安全挑战，同时随着产能建设的不断扩建，工控系统的接入点数趋于饱和，各单位都存在系统扩容问题。2019年，长庆油田响应国家“国产化替代”、“自主可控”转型发展的号召，从安全生产运行方面考虑，决定在苏里格气田开始搭建国产SCADA系统来代替PKS监控系统实现单井生产数据的采集。

2. 应用目标

本次国产SCADA系统在苏里格气田中的应用目标如下：

1)结合苏里格气田的实际情况，优化并完善已搭建的国产SCADA系统功能，使其更加符合长庆气区的生产需求；

2)完成国产SCADA系统替代国外监控系统的可行性评价，为后期苏里格气田全面推广国产化监控系统提供技术支持；

3)开发智能化一键加井功能，提高气井组态的准确性、便携性及高效性；进行国产SCADA开发性功能的拓展试验。

3. 应用主要内容

1)评价国产SCADA系统替代国外监控系统可行性

通过国产SCADA系统工程组态，与现场数据采集的实际应用结合，测试系统的总体性能、通信新能、报警性能、组态性能等，跟踪系统的稳定性、安全性、操作功能，确保能满足井场监控功能的需求，对国产SCADA系统进行整体运行效果及经济效益进行评价。

2)研究开发国产SCADA系统智能一键加井功能

利用国产SCADA系统自主可控的特点，开发井场SCADA系统智能一键加井应用功能，通过手动加井组态与一键加井组态对比，验证一键加井智能化应用的准确性、便携性及高效性。

3)国产SCADA开发性功能的拓展试验

（1）研究通过4G传输方式实现国产SCADA系统的数据采集

开展4G传输的柱塞井试验，将柱塞设备数据接入至国产SCADA系统。

（2）研究开发一键关井功能

利用国产SCADA系统强大的运算功能，根据生产需求，按照不同生产模式进行智能一键关井功能的开发，包括井口紧急截断阀、柱塞及间开设备的气动薄膜阀。

（3）研究开发重点井监控模块

开发硫化氢及测漏仪集中监控界面，将作业区气井井口的硫化氢及测漏仪数据接入至重点井模块进行集中监控。

（4）研究开发单点维护功能

实现SCADA系统所有的开发、组态、维护、扩展等功能单点运维，自动同步，SCADA系统维护在工程师站上，监控在其他操作员站节点，确保工控系统安全可靠。

（5）研究开发与第三方通讯功能

国产SCADA系统应支持物联网工业协议，并具有开放的通讯接口，实现国产SCADA系统与第三方数据库之间的数据传输。

4)国产SCADA系统已开发功能优化完善

根据实际需要，对已搭建的国产SCADA的趋势、报警、组态等功能界面进行二次开发完善。

4. 应用的场景介绍

在苏里格气田的第五采气厂部署了国产SCADA系统，在作业一区和作业三区共计10万点，负责直接采集井口RTU数据。

5. 应用效果

国产SCADA系统在自主可控、功能扩展、技术支持等方面，可以为智慧化提供技术支撑。国产SCADA系统在两个作业区共计运行600余天，收集画面两千余幅，系统与其他系统兼容性良好，不会影响其他数据的运行，且占用的CPU和内存使用率低，性能稳定；系统才做界面更加合理化，符合工作人员的操作习惯；系统运行数据从工作点上传道数据分析过程中严密保护，安全性有保障；建设费用总体下降可达80%以上。

作业三区国产SCADA系统已接点位入近3万余点位，画面1600余幅。截止目前，国产SCADA系统已平稳运行700余天，系统未出现“故障”、“宕机”、“画面卡死”的现象，系统运行顺畅；国产SCADA系统在正常运行过程中组态、编译下装不会影响数据的在线监控；单点运维保证了所有节点的监控界面、监控数据一致。

1)HiaPlant（SmartContral）的软件功能完全可以替代国外SCADA系统，并且在菜单、对话框、页面自适应和组态的应用过程中，更加便捷。

图2-1系统功能对比图

2)添加重点井监控模块

已在100余口单井集输界面添加了硫化氢及测漏仪监控数据，同时在重点井监控模块添加了集中监控界面。

图2-2 含硫化氢及测漏仪数据的单井集输监控界面

3)测试第三方通讯功能

选取5口单井与第三方数据库进行通信测试，数据库可通过OPC协议正常读取国产SCADA系统的单井数据。

图2-3国产SCADA系统OPC配置

4)完善一键关井功能

在现有井口截断装置的一键关断功能的基础上，增加井口柱塞及智能间开气动薄膜阀的一键关断功能，并有操作的二次确认提醒。目前已完成集输井、柱塞、智能间开井的一键关井算法逻辑及组态工作。

图2-4 集输、柱塞、间开按集气站批量一键关井

图2-5 集输、柱塞、间开按集气站干管批量一键关井

5)单井拓扑图

已绘制每座集气站分别显示“油压”“套压”“流量计压力”的单井的拓扑图。井号的颜色表示阀门的状态。压力值报警时变色，通讯异常时底色变白并后缀“U”。右键单击压力数值弹出该点详细信息，左键单击井号，跳转到对应的单井画面。

图2-6 苏东1站油压的单井拓扑图

6)集气站数据测试

2021年10月13日将一座集气站的数据接入国产SCADA系统中。10月21日进行了电动执行机构的远程控制和数据传输的测试，截止12月6日，系统运行稳定。

图2-7 站内工艺数据

6. 主要技术创新

1)高创新、智能化

国产SCADA系统采用HiaPlant（SmartContral）软件架构，在自主可控的基础上，创新研究了SCADA系统仿真人工智能一键组态功能，完成的仿真人工智能一键组态功能，能够模仿人工组态，更加智能、准确、高效的完成了加井的组态工作。

图2-8 基本参数输入

2)高安全、高稳定

本次研究采用的国产SCADA系统构建了单点运维的工控安全架构，具备的开发、组态、维护、扩展等功能，仅可在工程师站进行操作，工程师站完成组态编译后，同时给主备服务器、每个操作员站、工程师站下装，使各个节点组态画面一致，确保系统的安全。此外，该系统的服务器在设计上直接与系统服务器直接与井场RTU通讯，简化了中间的通信链路，在系统操作的调控中心就可以实现对气田作业区的单点维护，气田工作效率大大提高使整个系统更加稳定可靠。

图2-9 单点运维示意图以及工程下载界面

图2-10系统数据监控系统架构的缩减

图2-11 通讯链路图

3)高灵活、高可靠

国产SCADA系统设计分类报警的功能，当出现故障时系统便会亮起红色警报指示灯，操作员通过点击将弹出对应集气站按集输、柱塞、间开的分类报警，并支持报警信息的筛选、确认、导出功能，不影响其他节点的正常运行。除了分类报警之外，该系统还具备“报警批量设置”功能，可以快速批量对报警参数进行在线修改，也可以将筛选后需要设置报警参数的标签导出，用EXCEL打开修改好报警参数，再导入，快速完成批量的报警设置。两种情景的灵活应用，使得该系统具有很强的灵活性，能够适应处理多种突发情况。

图2-12 分类报警

本次应用在苏里格气田的国产SCADA系统具有高可靠性的特点，可以对单井的作业信息进行抑制或者备注，并将采集到的数据进行比较并支持导出，快速实现对作业区生产状况的细致化掌握。同时，系统在任何趋势曲线界面中都有“截图”“导出”，点击“截图”按钮，可以保存曲线画面，点击“导出”按钮，可以将显示曲线的历史数据以“.csv”格式保存表格，协助用户优化工艺流程和分析事故原因，通过一系列的操作保证系统的可靠性。

三、结语

通过应该可以发现，国产SCADA系统将苏里格气田生产过程中的控制系统和应用系统融合在了一起，气田控制能力大为提高，在短时间内便可以实现分散现场、多系统的集成和集中管控，专业化系统的接入，最大限度地减少现场操作人员和运行管理人员数量，气田生产效率得到了较高的提升，满足了可持续性工业化的需求，降低了人工操作的成本，取得了更好的经济效益。

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【1】作者姓名：寇苗苗，工作单位：中国石油长庆油田分公司第五采气厂，单位所在省市：陕西省西安市未央区，单位邮编：710018，邮寄姓名：寇苗苗，邮寄电话：18709205593，邮寄地址：内蒙古鄂尔多斯市乌审旗苏里格指挥中心第五采气厂。

【2】作者简介格式如下：

格式：姓名:寇苗苗(1988-)，性别：女，民族：汉，籍贯：陕西渭南，学历：本科，职称：工程师，研究方向：信息化。