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   活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專題---實(shí)現(xiàn)石油與化工的信息化

   1. 項(xiàng)目背景介紹

   新疆油田地處荒漠，成千上萬(wàn)口采油井分布在廣闊地域上，被按照采油井—計(jì)量站—轉(zhuǎn)油站—聯(lián)合站—采油區(qū)—采油廠—石油公司這樣的多層次結(jié)構(gòu)、按照“三級(jí)控制、兩級(jí)管理”的模式進(jìn)行生產(chǎn)管理。每一層級(jí)的控制，都需要大量的人員跑現(xiàn)場(chǎng)、抄表，效率低下，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、員工工作負(fù)擔(dān)重；同時(shí)，地面集輸系統(tǒng)站點(diǎn)多、管線復(fù)雜，這些又都導(dǎo)致了采油成本增加。

  石油物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線遙感遙測(cè)技術(shù)、先進(jìn)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化軟件和工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，實(shí)現(xiàn)采油生產(chǎn)、管理自動(dòng)化、信息化、智能化。

   2. 項(xiàng)目目標(biāo)與原則

   依靠技術(shù)創(chuàng)新與突破，轉(zhuǎn)變思想，改變傳統(tǒng)工藝模式，最大限度的取消計(jì)量站，配水間等中間環(huán)節(jié)設(shè)施，優(yōu)化采油區(qū)集輸管網(wǎng)部署結(jié)構(gòu)，按照統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施的方式，組織開(kāi)展綜合研究，重點(diǎn)做好示功圖求產(chǎn)與單井計(jì)量、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集與傳輸、注水井的遠(yuǎn)程自動(dòng)化技術(shù)、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)管理、增產(chǎn)措施預(yù)案與執(zhí)行等，達(dá)到優(yōu)化工藝、節(jié)能降耗、輔助管理的目的，打造具有“兩化融合”特色的數(shù)字化、信息化、智能化油田。為此確立技術(shù)與管理兩方面的建設(shè)目標(biāo)。

  技術(shù)目標(biāo)

(1) 建立集團(tuán)公司統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，逐步實(shí)現(xiàn)油田公司、二級(jí)單位及基層單位的生產(chǎn)信息共享。
(2) 建立統(tǒng)一的生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)上業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，而不僅僅是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢，更要為決策支持等提供高層次應(yīng)用。
(3) 建立統(tǒng)一的設(shè)備管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控，準(zhǔn)確定位設(shè)備故障，及時(shí)處置，降低計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間。
(4) 在集團(tuán)公司統(tǒng)一的生產(chǎn)業(yè)務(wù)平臺(tái)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)任意地理位置可對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行詳細(xì)的查詢。
(5) 實(shí)現(xiàn)采油生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)綜合分析，研究采油生產(chǎn)各類地質(zhì)狀況下的最佳生產(chǎn)實(shí)踐。
(6) 借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化、現(xiàn)代化和規(guī)范化。信息系統(tǒng)本身的目標(biāo)，必須具備快速、便利的系統(tǒng)維護(hù)功能，可遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)，適應(yīng)油田生產(chǎn)的地區(qū)分散性和業(yè)務(wù)的多變性及復(fù)雜性這些特點(diǎn)；

   管理目標(biāo)

(1) 提高生產(chǎn)管理水平，增強(qiáng)對(duì)油田生產(chǎn)的宏觀監(jiān)測(cè)、分析、指揮調(diào)度，科學(xué)管理石油增產(chǎn)措施；
(2) 推進(jìn)企業(yè)信息化經(jīng)營(yíng)，宏觀調(diào)控生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，合理控制生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率；
(3) 建立統(tǒng)一、開(kāi)放、競(jìng)爭(zhēng)、有序的生產(chǎn)秩序，不同層次、工段對(duì)比最佳生產(chǎn)實(shí)踐；
(4) 建立統(tǒng)一指揮、管理順暢、權(quán)責(zé)一致的油田管理體制；
(5) 利用信息系統(tǒng)隨時(shí)提取、加工、匯總，及時(shí)掌握油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)；

   3. 項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況詳細(xì)介紹

   3.系統(tǒng)架構(gòu)

   為達(dá)到中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)的要求，并保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、穩(wěn)定性、易操作性等，中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)采用數(shù)據(jù)采集層、存儲(chǔ)層、應(yīng)用層三級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)層級(jí)使用亞控科技對(duì)應(yīng)的相關(guān)軟件產(chǎn)品，完成對(duì)中石油各石油開(kāi)采生產(chǎn)單位的實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)及圖像監(jiān)控及對(duì)各類生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及增產(chǎn)措施管理等功能。

  3.1.功能介紹

   3.1.1數(shù)據(jù)采集

   KingIOServer數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制工程采用專門(mén)定制開(kāi)發(fā)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)與設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，通過(guò)解析設(shè)備的通訊協(xié)議，讀取設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)組態(tài)系統(tǒng)的授權(quán)檢驗(yàn)和確認(rèn)結(jié)果向設(shè)備發(fā)送控制參數(shù)和開(kāi)關(guān)指令。

   北京亞控?fù)碛?0余年工業(yè)控制領(lǐng)域軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，先后開(kāi)發(fā)過(guò)千余廠商的3600多種大中小型智能設(shè)備的通訊驅(qū)動(dòng)。擁有智能模塊、RTU、PLC等各類國(guó)內(nèi)外知名工控設(shè)備廠商設(shè)備的實(shí)際設(shè)備測(cè)試環(huán)境。

   KingIOServer即作為KingSCADA軟件的默認(rèn)配置軟件單元，又可以作為獨(dú)立設(shè)備數(shù)據(jù)采集軟件。它支持的數(shù)據(jù)采集包括：
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     模擬量：對(duì)溫度，壓力，位移、載荷、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及處理；
? 開(kāi)關(guān)量：對(duì)狀態(tài)信號(hào)，事故信號(hào)等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及處理。
? 支持在線設(shè)備維護(hù)管理

   無(wú)論是計(jì)劃安排還是意外故障，生產(chǎn)停機(jī)維護(hù)、設(shè)備更換是必可避免的，KingIOServer軟件支持系統(tǒng)在線狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)備維護(hù)管理，能自動(dòng)響應(yīng)設(shè)備的更新。
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   支持多種硬件設(shè)備的通訊

   雖然系統(tǒng)中主要采集的設(shè)備是各類傳感器，由于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表繁多且每種設(shè)備的可選余地較大，因此項(xiàng)目中所采用的數(shù)據(jù)采集軟件能夠快速、可靠的與市面上常見(jiàn)的生產(chǎn)商的硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊，此外還支持各種通訊規(guī)約、通訊協(xié)議及總線。

   數(shù)據(jù)采集軟件除了能通過(guò)各種各類通訊方式（如有線網(wǎng)絡(luò)、3G、WiFi等）和通訊鏈路（如串口、以太網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)總線）通訊之外，還可以通過(guò)一些通用的軟件接口（如API、COM、ODBC、OPC）與第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
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   靈活的采集控制

   系統(tǒng)中支持靈活的數(shù)據(jù)采集方式控制，提供用戶周期數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)變化采集等各種采集方式控制，支持用戶為不同的測(cè)點(diǎn)設(shè)置不同的采集頻率。
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   基于數(shù)據(jù)塊的高速采集

   在面對(duì)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集時(shí)，傳統(tǒng)的以變量為單位的方式，從變量，到包，是需要花費(fèi)時(shí)間的，變量越多，這部分時(shí)間越長(zhǎng)。對(duì)于采集速度要求較高的現(xiàn)場(chǎng)，這種方式顯然并不合適。

  項(xiàng)目中所采用的數(shù)據(jù)采集軟件基于“數(shù)據(jù)塊”來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織和傳輸，可將重要的參數(shù)設(shè)置在一個(gè)數(shù)據(jù)塊中，還可以對(duì)重要的數(shù)據(jù)塊設(shè)置采集次數(shù)。這種以“數(shù)據(jù)塊”為最小通訊單元的特點(diǎn)可提高數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)乃俣取?br /> ?
  與中心調(diào)度系統(tǒng)的交互

  從系統(tǒng)整體架構(gòu)上看，各油井、分站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不但擔(dān)負(fù)著采集數(shù)據(jù)的工作，同時(shí)還肩負(fù)著與調(diào)度控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的工作。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖佟踩⒖煽拷嵌瓤紤]，此時(shí)不應(yīng)采用OPC方式（OPC方式每次通訊時(shí)都需要建立組，在組中建立項(xiàng)，然后再進(jìn)行每個(gè)項(xiàng)內(nèi)數(shù)據(jù)包的請(qǐng)求與回應(yīng)。數(shù)據(jù)幀還附加了OPC協(xié)議所要求的很多包頭和包尾，較為復(fù)雜，容易出錯(cuò)，速度緩慢）。

  各油井、分站與調(diào)度控制中心間的交互應(yīng)該通過(guò)平臺(tái)軟件自身的內(nèi)部接口來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸與交互。
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  數(shù)據(jù)緩存

  各油井、分站與調(diào)度控制中心間的出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷、網(wǎng)速過(guò)慢情況并不多，但是一旦出現(xiàn)必將導(dǎo)致調(diào)度控制中心因數(shù)據(jù)缺失而造成分析的誤差、決策的不準(zhǔn)確。因此，系統(tǒng)需確保即便網(wǎng)絡(luò)中斷也不丟失數(shù)據(jù)。基于這一目的，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了對(duì)于采集設(shè)備硬件的數(shù)據(jù)緩存的采集讀取功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，系現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可將數(shù)據(jù)緩存在本地存儲(chǔ)，待恢復(fù)后，再自動(dòng)將緩存的數(shù)據(jù)采集傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中。如此一來(lái)，可最大程度的確保數(shù)據(jù)的萬(wàn)無(wú)一失。 
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  冗余

  由于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析工作是建立在大量連續(xù)歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，因此如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失將造成分析的誤差，因此為了保證數(shù)據(jù)連續(xù)性此處的兩個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)互為冗余。為了減少因網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定導(dǎo)致的誤切換，將采用專門(mén)的冗余狀態(tài)探測(cè)通道，通過(guò)配置專用網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)快速的切換，做到1S內(nèi)的切換。
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   故障診斷

  在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行通訊性能診斷和統(tǒng)計(jì)，如：連接成功時(shí)間，當(dāng)前使用數(shù)據(jù)塊個(gè)數(shù)，最后一次更新成功時(shí)刻等。當(dāng)某個(gè)設(shè)備發(fā)生數(shù)據(jù)通訊異常時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)迅速診斷出并產(chǎn)生能夠產(chǎn)生相關(guān)報(bào)警，以通知相應(yīng)人員進(jìn)行處理。

  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向操作人員提供一個(gè)直觀的監(jiān)視窗口，操作者不用再通過(guò)觀察界面數(shù)據(jù)刷新情況來(lái)判斷，提高故障診斷的效率，為盡快排除故障爭(zhēng)取了時(shí)間。

  3.1.2SCADA系統(tǒng)

  KingSCADA作為整個(gè)系統(tǒng)的工程核心，完成站控的圖形界面組態(tài)、設(shè)備控制授權(quán)檢驗(yàn)、設(shè)備控制確認(rèn)過(guò)程組態(tài)、系統(tǒng)實(shí)時(shí)歷史狀態(tài)分析等功能。
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  畫(huà)面監(jiān)視

  操作人員可通過(guò)SCADA系統(tǒng)的圖形界面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，控制權(quán)限由登錄的用戶角色確定，分別分為管理員、操作員和工程師三種角色。將整個(gè)組態(tài)系統(tǒng)分為調(diào)度管理、系統(tǒng)監(jiān)控和系統(tǒng)維護(hù)三個(gè)模式，不同角色和權(quán)限的用戶只能進(jìn)入授權(quán)的安全許可的模式。

  如管理員可以控制整個(gè)系統(tǒng)，可以：在指定的系統(tǒng)監(jiān)控模式工作，應(yīng)能執(zhí)行：
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     對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備實(shí)施控制；
? 接收和確認(rèn)來(lái)自整個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警；
? 所有顯示的監(jiān)視；
? 指令和設(shè)定值。

  如工程師可以設(shè)置整個(gè)系統(tǒng)的配置參數(shù)：采油各類報(bào)警參數(shù)、注水各類報(bào)警參數(shù)、注水量控制參數(shù)等。

  還可以做配置用戶，退出系統(tǒng)等高權(quán)限的操作。操作員只能進(jìn)入調(diào)度管理模式。而工程師可以進(jìn)入系統(tǒng)維護(hù)模式。
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  大畫(huà)面漫游及無(wú)極縮放

  SCADA系統(tǒng)圖形展示的直觀逼真與否將關(guān)系到操作人員作出判斷的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。為了便于操作人員日常的監(jiān)控，SCADA系統(tǒng)提供大畫(huà)面漫游及無(wú)極縮放的功能。其目的是在一個(gè)界面上可以進(jìn)行總體的全局的監(jiān)控，也可放大到某一局部環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)的監(jiān)控，監(jiān)控畫(huà)面無(wú)需來(lái)回切換。
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   豐富的動(dòng)畫(huà)效果

  SCADA系統(tǒng)具有多種動(dòng)畫(huà)連接，如鼠標(biāo)特性、過(guò)渡色、透明色等，圖形界面采用GDI+技術(shù)。利用這些動(dòng)畫(huà)效果，在上位機(jī)即可再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝環(huán)節(jié)，幫助操作人員快速準(zhǔn)確作出判斷。
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   畫(huà)面集成

  在油井、站控的SCADA監(jiān)控畫(huà)面中，將把視頻信號(hào)集成進(jìn)來(lái)，目的是畫(huà)面中的工藝流程能與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際動(dòng)作情況實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)。比如，當(dāng)操作人員通過(guò)畫(huà)面監(jiān)控某油井、某輸入管道的運(yùn)作情況時(shí)，能同時(shí)觀察到該位置的視頻圖像，以便進(jìn)行狀態(tài)的核實(shí)。如此一來(lái)，操作人員無(wú)需再到現(xiàn)場(chǎng)觀察控制情況。
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  報(bào)警處理

  SCADA系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)的變化進(jìn)行判斷，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)予以及時(shí)的報(bào)警，如越限報(bào)警等。
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    當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，在控制界面上有相應(yīng)的指示燈閃爍，同時(shí)可發(fā)出報(bào)警聲響加以提示。報(bào)警的笛聲在確認(rèn)后可。
? 當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警時(shí)可以有實(shí)時(shí)報(bào)警窗彈出，也可以事先實(shí)時(shí)打印一條報(bào)警信息。
? 報(bào)警分999個(gè)報(bào)警級(jí)別。不同的級(jí)別可用不同的顏色表示，如流量橙色預(yù)警。
? 報(bào)警信息在報(bào)出的同時(shí)也一并存入報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)。記錄這些內(nèi)容：
? 報(bào)警事件生成的日期/時(shí)間；
? 報(bào)警組；
? 報(bào)警標(biāo)記名；
? 報(bào)警標(biāo)記的類型（實(shí)型/整型/布爾型）；
? 報(bào)警類型（低低，低，高，高高，計(jì)數(shù)，偏差等）；
? 操作員，確認(rèn)報(bào)警的節(jié)點(diǎn)名，報(bào)警優(yōu)先級(jí)等；
? 如果需要可以對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行查詢，具有條件查詢的功能，如按報(bào)警時(shí)間查詢、按報(bào)警類型查詢、按記錄類型查詢等，可以實(shí)現(xiàn)多條件組合查詢，為了方便查詢條件的組合，支持基于SQL的標(biāo)準(zhǔn)化查詢語(yǔ)句。查詢結(jié)果可按需要進(jìn)行打印。
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   報(bào)警通知

   報(bào)警發(fā)生時(shí)，可以通過(guò)播放語(yǔ)音，撥打電話，發(fā)送短信，發(fā)送Email等形式通知各級(jí)人員。通知的重要說(shuō)明都是具體的文字說(shuō)明而事件代號(hào)。被通知的人員按照不同的級(jí)別，得到的內(nèi)容各不相同(如可以將級(jí)別劃分為：領(lǐng)導(dǎo)層、指揮層、用戶層、操作員層、供應(yīng)商層等),操作員得到的消息可能是某某事故，請(qǐng)速采取何措施。而領(lǐng)導(dǎo)者可能會(huì)得到更為詳細(xì)的消息，如某某事故，請(qǐng)速采取措施，未來(lái)5分鐘之后，管線泄漏將是如何的。
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  趨勢(shì)分析

   SCADA系統(tǒng)提供的趨勢(shì)分析包括：實(shí)時(shí)趨勢(shì)分析和歷史趨勢(shì)分析兩種。
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   實(shí)時(shí)趨勢(shì): 來(lái)源于一系列的采樣值，這些采樣值按時(shí)間劃分,然后組合成圖形直觀的顯示過(guò)程情況.。
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   歷史趨勢(shì): 通過(guò)歷史趨勢(shì)曲線使操作人員直觀的了解設(shè)備的歷史運(yùn)行狀態(tài).操作人員可以自由設(shè)置曲線的起始時(shí)間,時(shí)間跨度,以及趨勢(shì)瀏覽翻動(dòng)的跨度.通過(guò)左右游標(biāo)定位當(dāng)前趨勢(shì)點(diǎn)的值.并且提供趨勢(shì)打印功能.
實(shí)時(shí)趨勢(shì)分析、歷史趨勢(shì)分析均通過(guò)SCADA系統(tǒng)提供的趨勢(shì)曲線控件來(lái)完成，控件除支持常見(jiàn)的曲線添加、隱藏、刪除、打印，游標(biāo)設(shè)置，滾動(dòng)、縮放的功能外，還具有一下特點(diǎn)：
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   橫向、縱向比對(duì)

   系統(tǒng)趨勢(shì)分析，不單是簡(jiǎn)單的曲線觀察，還涉及到趨勢(shì)對(duì)比的要求，對(duì)比可以是橫向的也可以是縱向的。
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   縱向?qū)Ρ龋罕热纾瑢?duì)一個(gè)輸入管進(jìn)行檢修以后，可將其當(dāng)前的流量趨勢(shì)與一個(gè)月前的流量趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比，以了解檢修的效果。
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  橫向?qū)Ρ龋罕热纾瑑蓚€(gè)完全相同的管線，可以通過(guò)觀察相同參數(shù)的趨勢(shì)曲線，了解兩者的性能的差異。
為了保證該功能的實(shí)現(xiàn)，SCADA系統(tǒng)提供的趨勢(shì)曲線控件具有多個(gè)繪圖區(qū)，每個(gè)繪圖區(qū)域提供多條X軸與Y軸，每個(gè)繪圖區(qū)域至少支持16條趨勢(shì)曲線。
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  分組分類

  可對(duì)參數(shù)進(jìn)行分組、分類，操作人員可通過(guò)數(shù)型控件進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)曲線的快速替換。分組分類的目的是快速查找、快速選擇、快速繪制。
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  冗余

  系統(tǒng)中除了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)型雙冗余之外，為了保證系統(tǒng)監(jiān)控的安全穩(wěn)定，SCADA系統(tǒng)也采用雙冗余的方式，當(dāng)主系統(tǒng)故障的時(shí)候，備份系統(tǒng)將立即接管主系統(tǒng)的工作，不至于造成上位機(jī)監(jiān)控的癱瘓。冗余功能的重點(diǎn)：
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  快速切換

  切換速度是否快速是衡量SCADA系統(tǒng)性能的指標(biāo)之一。從各站控運(yùn)行安全角度考慮，冗余切換速度應(yīng)盡可能快。SCADA系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部署在同一個(gè)服務(wù)器上，因此SCADA系統(tǒng)也將采用獨(dú)立的探測(cè)通道，通過(guò)配置專用網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)快速的切換。當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)冗余系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成切換，切換時(shí)間小于1秒。
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  不丟失數(shù)據(jù)

   在冗余切換過(guò)程中應(yīng)保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的完整，這些數(shù)據(jù)是不允許丟失的，以便操作人員隨時(shí)利用。因此在故障恢復(fù)后，兩個(gè)SCADA系統(tǒng)將進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，同步的數(shù)據(jù)包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)。
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   系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與維護(hù)
當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的軟件工程難免會(huì)需要修改及調(diào)整，要想輕松的完成工程的修改，軟件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)環(huán)境的功能一定要強(qiáng)大，其目標(biāo)是：盡量減少工作量。SCADA系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境具有下列功能特點(diǎn)：
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   提高開(kāi)發(fā)效率
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   不受限于顯示器的分辨率，支持無(wú)極縮放功能，可在泵閘總貌與局部之間漫游，方便工程的開(kāi)發(fā)。
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   提供數(shù)據(jù)模型。對(duì)于存在多個(gè)相同設(shè)備的場(chǎng)景，通過(guò)模型復(fù)用的方式快速新建設(shè)備、數(shù)據(jù)點(diǎn)、邏輯腳本等，避免重復(fù)性的建點(diǎn)、添加邏輯關(guān)系的工作。修改時(shí)通過(guò)修改模型，傳播至所有對(duì)象上，達(dá)到一勞永逸的效果。
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   提供圖形模型。對(duì)于存在多個(gè)相同圖形對(duì)象的場(chǎng)景，通過(guò)模型復(fù)用的方式快速建立圖形對(duì)象以及對(duì)象中的屬性、動(dòng)畫(huà)連接等。在修改時(shí)，通過(guò)修改圖形模型，可傳播至所有圖形對(duì)象上，以減少工作量。
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   開(kāi)發(fā)環(huán)境提供批量建點(diǎn)、變量導(dǎo)入、導(dǎo)出、合并功能。當(dāng)變量點(diǎn)數(shù)達(dá)到一定數(shù)量之后，為避免查找變量的困難，開(kāi)發(fā)環(huán)境提供變量的快速搜索定位功能。提供全中文變量名和函數(shù)名的定義方式，方便開(kāi)發(fā)人員的識(shí)別。
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   實(shí)現(xiàn)好的開(kāi)發(fā)效果
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   提供水行業(yè)圖庫(kù)精靈，開(kāi)放過(guò)濾色、透明色等圖形屬性，提供位圖聯(lián)播、鼠標(biāo)特效等動(dòng)畫(huà)連接，以便實(shí)現(xiàn)水行業(yè)特有的工藝特效。
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   提供腳本開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以就系統(tǒng)事件、數(shù)據(jù)改變、報(bào)警、熱鍵觸發(fā)、調(diào)度等多重事件編寫(xiě)腳本，以類C語(yǔ)言作為內(nèi)置編程語(yǔ)言（C語(yǔ)言簡(jiǎn)單且普及性高）。
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   開(kāi)發(fā)環(huán)境提供各種函數(shù)，如三角函數(shù)、數(shù)制轉(zhuǎn)換函數(shù)、報(bào)表函數(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作函數(shù)、權(quán)限函數(shù)等。
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  保證工程的安全性
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   工程的開(kāi)發(fā)環(huán)境可進(jìn)行加密，沒(méi)有權(quán)限的工程人員無(wú)法進(jìn)入修改。
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  工程開(kāi)發(fā)完畢后，為避免開(kāi)發(fā)的失誤造成運(yùn)行的錯(cuò)誤，開(kāi)發(fā)環(huán)境提供編譯功能，自動(dòng)提示錯(cuò)誤個(gè)數(shù)及錯(cuò)誤位置；在參數(shù)設(shè)置時(shí)若設(shè)置錯(cuò)誤（如數(shù)據(jù)類型錯(cuò)誤），在編寫(xiě)腳本語(yǔ)言時(shí)若出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示；

  3.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

   3.1.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)要點(diǎn)

  數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)要遵循以下要點(diǎn)：

  1.根據(jù)系統(tǒng)有關(guān)的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的要求，設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)體系，使之在范式水平、冗余度和可操作性上有一個(gè)合理的平衡和可擴(kuò)充性；

  2.各類數(shù)據(jù)分類與編碼、數(shù)據(jù)精度、作業(yè)規(guī)程等應(yīng)符合現(xiàn)行相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；

  3.數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮實(shí)施中與各分調(diào)度中心等相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與接口；

  4.進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)該系統(tǒng)情況分別對(duì)管理數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)的量進(jìn)行估計(jì)，合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。

  數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)，要堅(jiān)持從大局著眼，用系統(tǒng)工程的思想方法把握全局。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)在規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化的前提下，在穩(wěn)固和安全的基礎(chǔ)之上，重靈活性、開(kāi)放性、先進(jìn)性等。同時(shí)要面向調(diào)度中心未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展需要，注重資源配置、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、資源共享、數(shù)據(jù)更新、以及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與安全性，統(tǒng)籌規(guī)劃、嚴(yán)格管理，使整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)具有突破性和前瞻性。

  3.1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)組成

  根據(jù)中心的業(yè)務(wù)功能需求，數(shù)據(jù)庫(kù)從建庫(kù)內(nèi)容上來(lái)說(shuō)主要包含以下幾個(gè)方面：
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   運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)
? 設(shè)施類數(shù)據(jù)
? 設(shè)備類數(shù)據(jù)
? 監(jiān)測(cè)類數(shù)據(jù)
? 業(yè)務(wù)類數(shù)據(jù)
? 管理類數(shù)據(jù)
? 系統(tǒng)類數(shù)據(jù)
? 其他數(shù)據(jù)

   數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)主要依靠地理位置關(guān)聯(lián)、屬性ID 關(guān)聯(lián)、時(shí)間關(guān)聯(lián)以及業(yè)務(wù)功能權(quán)限關(guān)聯(lián)。建立數(shù)據(jù)庫(kù)主要工作是分清數(shù)據(jù)庫(kù)的概念組成，定義數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)，包括空間數(shù)據(jù)的分層、屬性數(shù)據(jù)關(guān)系表定義、屬性與空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)定義等，最后將這些數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中加以物理的實(shí)現(xiàn)，包括存儲(chǔ)策略、分布策略、索引策略等。

    3.1.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)的部署

    在調(diào)度控制中心的工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上部署工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)KingHistorian，用來(lái)存儲(chǔ)海量的、具有時(shí)間特性的過(guò)程數(shù)據(jù)；使用用戶自定義關(guān)系數(shù)據(jù)表存放的是一旦確定不會(huì)經(jīng)常性變化的數(shù)據(jù)，如工作班次、管理類數(shù)據(jù)等。

   3.1.3.4工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)
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    數(shù)據(jù)采集
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    數(shù)據(jù)壓縮過(guò)濾方案

    經(jīng)過(guò)分析項(xiàng)目中數(shù)據(jù)可以根據(jù)數(shù)據(jù)變化的頻率區(qū)分：變化快速且不規(guī)律的，需要進(jìn)行快速采集；變化較少的，只需變化時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)；存在一定比例關(guān)系的，可以在過(guò)濾后進(jìn)行存儲(chǔ)。工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)采集時(shí)便提供3種以上的壓縮方式，如死區(qū)壓縮、旋轉(zhuǎn)門(mén)壓縮等。
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   下層數(shù)據(jù)訂閱方案

   對(duì)于工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)采集，通常采用兩種方式：周期輪詢、訂閱。對(duì)于變化頻繁的數(shù)據(jù)，一般采用周期采集，可設(shè)置采集周期；而對(duì)于變化較少的數(shù)據(jù)，通常采用訂閱方案，即只有數(shù)據(jù)值發(fā)生變化時(shí)，才會(huì)采集并存入工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。
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    數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

   針對(duì)非常高數(shù)據(jù)采集密度的需求，數(shù)據(jù)采集方案可使實(shí)際到達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)得到降低。同時(shí)對(duì)于如此龐大的數(shù)據(jù)，最終進(jìn)行歸檔時(shí)，適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)壓縮也是必要的。工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)同樣提供死區(qū)壓縮、旋轉(zhuǎn)門(mén)壓縮、改進(jìn)的死區(qū)壓縮等多種壓縮算法，在保證數(shù)據(jù)壓縮前后趨勢(shì)不變得前提下使得所消耗的磁盤(pán)空間下降。
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   存儲(chǔ)瓶頸

   普通磁盤(pán)系統(tǒng)，硬件的存儲(chǔ)速度約為20M Byte/1秒，這樣的存儲(chǔ)速度，一秒鐘存20萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，以每條數(shù)據(jù)8Byte計(jì)算，存儲(chǔ)需要的機(jī)械速度是1.6M Byte/1秒，完全是符合需求的。工業(yè)數(shù)據(jù)主要的組織格式是以變量為索引的時(shí)間順序，因此，當(dāng)一次寫(xiě)入不同變量的數(shù)據(jù)時(shí)，也需要相應(yīng)的磁盤(pán)尋址時(shí)間，而并不是20萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)一次寫(xiě)入磁盤(pán)的連續(xù)區(qū)域。

   真正耗費(fèi)時(shí)間的是磁盤(pán)尋址，也就是磁頭在磁盤(pán)面上轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮的時(shí)間，而真正用來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)間是小部分。而數(shù)據(jù)查詢則是需要磁盤(pán)尋址最頻繁的操作。由于硬件的操作才是整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸，本項(xiàng)目所采用的工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采用了采集緩存機(jī)制，只有整個(gè)工業(yè)庫(kù)的緩存數(shù)據(jù)區(qū)滿后，才一次性寫(xiě)入到磁盤(pán)上，盡最大可能減少磁盤(pán)尋址時(shí)間和硬件交互時(shí)間。

   為了解決數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的瓶頸問(wèn)題，工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采用批量數(shù)據(jù)寫(xiě)入的存儲(chǔ)機(jī)制。如上圖所示，采用非Windows系統(tǒng)緩存的工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)專用緩存，保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，只有當(dāng)累積到一定的數(shù)據(jù)量只后才會(huì)一次性的將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到磁盤(pán)上，這種機(jī)制可減少磁盤(pán)尋址，避免數(shù)據(jù)存儲(chǔ)瓶頸對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的負(fù)面影響。
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   歸檔數(shù)據(jù)壓縮

   對(duì)于一個(gè)變量的一條記錄，按變量名id 4Bytes、數(shù)據(jù)值8Bytes、時(shí)間戳4Bytes、質(zhì)量戳1Byte、數(shù)據(jù)版本1Byte計(jì)算，一條關(guān)系數(shù)據(jù)記錄有18Bytes組成。對(duì)于工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)而言，經(jīng)過(guò)壓縮以后，實(shí)際上一條工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄大約只有7Bytes，因此整個(gè)工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)可以節(jié)省非常多的磁盤(pán)空間。
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   數(shù)據(jù)檢索
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   數(shù)據(jù)處理查詢

   數(shù)據(jù)庫(kù)的最終價(jià)值體現(xiàn)在它能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析，使其它系統(tǒng)如決策支持和專家調(diào)度系統(tǒng)獲得有用的信息，而這些獲取信息的過(guò)程，必然伴隨數(shù)據(jù)的并發(fā)查詢與檢索。
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    實(shí)現(xiàn)高速并發(fā)歷史數(shù)據(jù)查詢的方案

   訪問(wèn)歷史數(shù)據(jù)唯一的制約因素就是硬盤(pán)訪問(wèn)速度。工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)專門(mén)開(kāi)辟了一個(gè)內(nèi)部緩沖區(qū)，查詢數(shù)據(jù)時(shí)首先在緩沖區(qū)查找符合條件的數(shù)據(jù)，若不能，再到硬盤(pán)上讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在有大量客戶多次并發(fā)查詢時(shí)，有很多次查詢可以在內(nèi)存緩沖區(qū)中完成，這樣做可以減少磁盤(pán)尋址的次數(shù)和規(guī)模。
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   統(tǒng)計(jì)、分析數(shù)據(jù)查詢

   有些數(shù)據(jù)查詢是伴隨著對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，如某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的開(kāi)關(guān)量，單純的這個(gè)數(shù)據(jù)值只能說(shuō)明測(cè)點(diǎn)處在開(kāi)或關(guān)的狀態(tài)，沒(méi)有其他的意義。但是當(dāng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理分析，如對(duì)機(jī)泵運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、累計(jì)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等，對(duì)調(diào)度決策就具有另一種意義了。它要求系統(tǒng)提供便于設(shè)置的計(jì)算平臺(tái)工具。對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)“調(diào)度計(jì)算平臺(tái)”。
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   開(kāi)放性接口

   工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持以SQL方式對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢，它采用開(kāi)放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，支持API for VC ++/VB/.NET、OLEDB、ODBC、COM等數(shù)據(jù)接口，可滿足系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)的要求。此外還可以與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)互訪。可以從其他的應(yīng)用程序或其他數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入數(shù)據(jù)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，例如SQL Server、Oracle、Excel、Access等。

  在線\離線方式的靈活設(shè)置

  支持單獨(dú)或者批量組態(tài)標(biāo)簽點(diǎn)，包括創(chuàng)建、更新、刪除、查詢標(biāo)簽點(diǎn)以及相關(guān)屬性；為了平衡控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊負(fù)載，系統(tǒng)支持針對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)特性，進(jìn)行單獨(dú)或者批量定義標(biāo)簽點(diǎn)采集頻率；支持在線新增、刪除標(biāo)簽點(diǎn)，修改標(biāo)簽點(diǎn)屬性；支持離線和在線兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)和配置。
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   安全性、可靠性

  工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采用角色權(quán)限（讀數(shù)據(jù)角色，寫(xiě)數(shù)據(jù)角色，配置變量角色等等）、用戶權(quán)限相互配合雙層安全管理體制，保證數(shù)據(jù)安全。

   另外，項(xiàng)目中所采用的工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)還支持冗余與鏡像的系統(tǒng)架構(gòu)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠，其原理如下圖所示：
 
                   
                                               圖 冗余結(jié)構(gòu)

   通過(guò)這樣的鏡像冗余系統(tǒng)，可以保證存儲(chǔ)、分析數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)展示用的數(shù)據(jù)分開(kāi)，即使網(wǎng)絡(luò)上使用的數(shù)據(jù)遭到破壞，只是鏡像系統(tǒng)的損毀，只要更新進(jìn)行鏡像就可以恢復(fù)數(shù)據(jù)，保證整個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。

  3.2數(shù)字化油田與最佳生產(chǎn)實(shí)踐管理

   系統(tǒng)提供專業(yè)的石油采油分析功能，提供針對(duì)于采油設(shè)備的專業(yè)示功儀數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析與展示，提供專門(mén)的增產(chǎn)措施管理，利用宏觀控制圖提示增產(chǎn)措施方式。

   3.2.1示功圖

   系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采油生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，通過(guò)專業(yè)的抽油機(jī)功圖，完成功圖求產(chǎn)與抽油機(jī)故障分析檢測(cè)。系統(tǒng)將示功圖、電流圖原始數(shù)據(jù)在工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行長(zhǎng)期管理，后期分析不需要任何加工就可以直接調(diào)用。依據(jù)載荷位移關(guān)系，分析抽油機(jī)產(chǎn)液量、分析采油生產(chǎn)是否正常，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理與控制的自動(dòng)化與信息化。

   分析主要診斷結(jié)果為：氣體影響，游動(dòng)凡爾漏失，抽油桿斷脫，卡泵，供液不足，固定凡爾漏失，氣鎖，連抽帶噴，固定凡爾卡死，泵嚴(yán)重磨損，完全液擊，柱塞脫落出工作筒，液體或機(jī)械磨損，泵上碰，泵下碰，泵工作基本正常等。

  相關(guān)計(jì)算方法

   Gibbs波動(dòng)方程
  
              

   求解該公式的算法：

   1、通過(guò)位移差分法得到以下公式
  
             

   根據(jù)位移邊界條件，力邊界條件 及初始值 可求得桿各點(diǎn)的位移，及載荷 并可以進(jìn)一步繪出示功圖。

    2、通過(guò)速度差分法得到以下公式
  
                 

   通過(guò)對(duì)速度進(jìn)行數(shù)值積分可以得到相應(yīng)的位移。

   3有限差分法得到以下公式
  
                 

   則任意節(jié)點(diǎn)i時(shí)刻j的動(dòng)載荷以Fij表示
  
                

  5.2宏觀控制圖

   系統(tǒng)采用宏觀控制圖，完整分析油田生產(chǎn)潛力，為增產(chǎn)措施科學(xué)管理與實(shí)施提供技術(shù)知識(shí)和信息保障，為實(shí)現(xiàn)采油生產(chǎn)最佳實(shí)踐分析提供有力工具.
  
                  
                                             圖 宏觀控制圖

  4. 效益分析

   通過(guò)采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，采油工將可以通過(guò)電子巡井、遠(yuǎn)程操控等手段，是每月野外工作量降低50%～70%；地面集輸系統(tǒng)將優(yōu)化掉站點(diǎn)30%左右，集輸管線每年能節(jié)省資金過(guò)百萬(wàn)元。