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石油與天然氣作為方便高效的能源，在我國的能源產(chǎn)業(yè)中處于不可替代的重要位置。隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展，石化企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境和客戶需求在發(fā)生著巨大變化，石油、天然氣的采集、儲存、輸送、計量等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都需要科學(xué)的管理。統(tǒng)一完善的油田自動化信息系統(tǒng)勢在必行。

人機界面（HMI：Human Machine Interface）是操作人員和控制系統(tǒng)的交互接口，可以應(yīng)用到油田SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。北京昆侖縱橫科技發(fā)展有限公司提供的HMI-base系統(tǒng)平臺，包括HMITECH硬件平臺和HMIBuilder軟件系統(tǒng)。

HMIBuilder分布式控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括以下系統(tǒng)：通用系統(tǒng)：運行在標準控制平臺，支持大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)采集和存儲，采用分布式架構(gòu)實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的分布式共享和負荷分擔(dān)；Web系統(tǒng)：提供強大的Web Server功能，支持廣域網(wǎng)的遠端IE瀏覽監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運行；嵌入系統(tǒng)：運行在嵌入式人機界面系統(tǒng)中，WinCE操作系統(tǒng)，運行環(huán)境精簡、實時性高，配套人機界面平臺實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控。行業(yè)定制系統(tǒng)：針對油田等行業(yè)的特殊應(yīng)用，縱橫科技提供定制化服務(wù)。

油田特殊監(jiān)控系統(tǒng)

高速數(shù)據(jù)采集和處理常用于石油、天然氣管道測漏和裂紋檢測。HMIBuilder為行業(yè)客戶定制的高速采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高速采集設(shè)備的嵌入。比如HMIBuilder可以通過DMA方式嵌入研華高速多功能板卡實現(xiàn)單通道64K以內(nèi)的高速模擬信號采集。系統(tǒng)采集模擬信號經(jīng)過放大、隔離和低通濾波的處理，排除現(xiàn)場信號的干擾。然后，經(jīng)過DAS卡的DMA高速數(shù)據(jù)采集模式，采集并保存數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速實時曲線（模擬示波器）、高速相對曲線（李薩如曲線）等顯示和數(shù)據(jù)分析（如圖1）。

依據(jù)HMIBuilder高速數(shù)據(jù)采集解決方案，縱橫科技成功開發(fā)了磁懸浮飛輪測試系統(tǒng)（如圖2），目前已經(jīng)交付北航實驗室，用于航天飛輪和陀螺設(shè)備測量。

油田現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)

油井現(xiàn)場的控制器不僅檢測光桿載荷、位移、電機的電壓、電流、井口回壓、井口溫度等參數(shù)，而且具有抽油機啟停的遠程遙控功能。HMIBuilder通過CDMA/GPRS 網(wǎng)或者數(shù)傳電臺或者以太網(wǎng)寬帶方式，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，處理并存儲到采油廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的要求，選用適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵞Ｊ健１热缛A北油田內(nèi)蒙現(xiàn)場（如圖3所示），處于戈壁灘，環(huán)境惡劣，無人值守?？紤]到實時效果，縱橫科技采用了無線寬帶實現(xiàn)主控室HMIBuilder系統(tǒng)和現(xiàn)場的通訊。

油田管控綜合系統(tǒng)

油田自動化有自己的特點。首先，采油/氣點分布比較分散，有的相距幾百米，幾公里。采油/氣生產(chǎn)輸送現(xiàn)場均是安全防范的重點對象，要求建立包括油井遠程監(jiān)控、輸油管線泄露監(jiān)測、集輸站庫自動化監(jiān)控、油氣計量站監(jiān)控等多系統(tǒng)的監(jiān)控平臺，保證原油和天然氣的采集、輸送和儲存的安全。同時，可以對企業(yè)的設(shè)備運行狀況、實時數(shù)據(jù)信息和現(xiàn)場故障記錄等進行及時、全面的了解和掌握。實現(xiàn)生產(chǎn)和管理及時溝通，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的自動化。

縱橫科技提供的油庫罐區(qū)管理和加油控制綜合系統(tǒng)（如圖4）體現(xiàn)了HMIBuilder系統(tǒng)的管控一體化的理念。

在系統(tǒng)設(shè)備層中，主要監(jiān)測和控制的設(shè)備為：儲油罐、油泵、油閥和油料計量設(shè)備。其中對儲油罐的監(jiān)測，采用美國AMETEK-DREXELBROOK液位計進行集中數(shù)據(jù)采集，然后將采集的儲油罐工況數(shù)據(jù)送PLC和罐區(qū)實時監(jiān)控后臺機。

控制層主要以Siemens S7-300 PLC可編程邏輯控制器為中心。同時，磁致伸縮液位儀通過MODBUS通訊接口將油罐的液位、溫度等信號，傳遞給現(xiàn)場管理工作站。HMIBuilder現(xiàn)場工作站負責(zé)向信息層轉(zhuǎn)發(fā)油高、水高、平均溫度、標準體積、質(zhì)量等數(shù)據(jù)。

在管理層，監(jiān)控中心平臺采用以工作站為中心的分布式監(jiān)控系統(tǒng) (Distributed Monitor System), 履行實時監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)交換的職能。通過分布式組態(tài)系統(tǒng)HMIBuilder，實現(xiàn)存盤服務(wù)器、告警服務(wù)器、校時服務(wù)器等負荷分擔(dān)的分布式管理。每個工作站都可以看到全局的數(shù)據(jù)信息。加油機管理系統(tǒng)和罐區(qū)監(jiān)控信息，包括加油記錄、交班信息等。信息層是油庫中油料流程管理的樞紐。

油田設(shè)備配套

油田專用設(shè)備包括油田作業(yè)機械、油田天然氣檢測設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、車間制冷機組監(jiān)控設(shè)備、高壓變頻管理設(shè)備、大型在線檢測設(shè)備等。專用設(shè)備的電子管理系統(tǒng)一般由工業(yè)控制計算機、控制軟件、智能采集模塊、邏輯控制器、傳感器、控制柜等組成，具有對設(shè)備參數(shù)如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、電量的采集、存儲和顯示功能，并對設(shè)備的運行進行自動控制。

縱橫科技提供的HMIBuilder組態(tài)系統(tǒng)可以運行在各種工控系統(tǒng)。在縱橫科技油田配套專用設(shè)備系統(tǒng)中，常用控制模式有：

嵌入模式：通過嵌入式人機界面，配備HMIBuilder嵌入式系統(tǒng)，連接總線設(shè)備。 通用模式：標準工業(yè)控制計算機配備HMIBuilder通用控制系統(tǒng)，通過并行擴展I/O，連接傳感器設(shè)備。 混合模式：很多大型設(shè)備配套自控系統(tǒng)采用并行擴展和總線擴展的結(jié)合的模式。

縱橫科技的人機界面平臺已經(jīng)成功應(yīng)用于油田天然氣檢測的正壓充氣防爆系統(tǒng)（如圖6所示）、油田天然氣計量系統(tǒng)、油田注水配套設(shè)備、油田發(fā)電設(shè)備控制系統(tǒng)和油田鉆井機車控制系統(tǒng)等。

采用各種生產(chǎn)過程的自動化控制系統(tǒng)（Process Control System）、現(xiàn)場執(zhí)行控制系統(tǒng)（MES）、計算機信息管理系統(tǒng)（MIS）、企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP），應(yīng)用于生產(chǎn)和企業(yè)管理，可以取得可觀的經(jīng)濟效益。石化行業(yè)的實踐證明了計算機應(yīng)用技術(shù)和自動化技術(shù)是挖潛增效的一種手段。 縱橫科技為石化行業(yè)提供的基于人機界面的分布式HMIBuilder軟件平臺和HMITECH人機界面產(chǎn)品，綜合現(xiàn)場總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、分布式SCADA監(jiān)控技術(shù)，成功應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，貫穿整個生產(chǎn)領(lǐng)域，包括石油油井/海上平臺現(xiàn)場和遠程監(jiān)控、油田油氣計量、煉油廠監(jiān)控、注水站監(jiān)控，流通領(lǐng)域的庫區(qū)管理、加油控制系統(tǒng)等。