隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，常規(guī)能源的日益短缺，新能源的需求不斷的提上日程，為此，華北油田在山西沁水盆地開始了探索煤層氣開發(fā)之路。因煤層氣排采井井?dāng)?shù)多，而且分布于崇山峻嶺之間，地形復(fù)雜，人工巡井已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，因此，排采井實現(xiàn)自動化控制與管理就成為一項重要的工作。因現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、排采井井?dāng)?shù)多、采集數(shù)據(jù)點多、數(shù)據(jù)庫存儲規(guī)模大。一般的組態(tài)軟件已無法滿足上述工程需求。通過多方調(diào)研，筆者選擇了Wonderware公司的基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的ArchestrA實時SOA技術(shù)之上的系統(tǒng)平臺的解決方案。
1 分布式系統(tǒng)應(yīng)用程序遠(yuǎn)程部署
目前，煤層氣現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)由兩個網(wǎng)段組成，一個是10*.*.*，另外一個是192.168.*.*.*，這兩個網(wǎng)絡(luò)通過3層交換機實現(xiàn)互通。裝有System Platform的工程師站位于192.168.*.*.*的網(wǎng)段中，其他的操作員站分布在192.168.*.*.*網(wǎng)段和10.*.*.*的網(wǎng)段中(如圖1所示)，因為10.*.*.*的操作員站的監(jiān)控機和工程師站的開發(fā)系統(tǒng)分別處于不同網(wǎng)段甚至不同地域，通過修改每臺監(jiān)控機上的Host文件，可以實現(xiàn)System Platform系統(tǒng)下的所有監(jiān)控機跨網(wǎng)段通信，這樣，工程師站就可以實現(xiàn)對不同區(qū)域的操作員站的遠(yuǎn)程部署和遠(yuǎn)程維護(hù)，這正是System Platform系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部署的優(yōu)勢所在，只要網(wǎng)絡(luò)是物理連通的，就可以實現(xiàn)應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程異地部署，在分布式環(huán)境中顯著減少手工安裝軟件所需的時間，以及在網(wǎng)絡(luò)上分發(fā)應(yīng)用程序的常規(guī)限制與復(fù)雜性。充分利用了網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，降低了勞動強度，節(jié)省了勞動時間，提高了工作效率。
圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
2 工程項目集中開發(fā)
ArchestrA IDE是單獨的一套開發(fā)工具，可用于開發(fā)、部署以及維護(hù)整個監(jiān)控系統(tǒng)。它還是一個多用戶的開發(fā)環(huán)境，允許多個開發(fā)人員同時開發(fā)一個應(yīng)用程序和項目，而不會干擾彼此的工作。它與功能強大的基于組件對象的體系結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，使得在開發(fā)與更改程序方面所需耗費的時間比與基于標(biāo)記的傳統(tǒng)型系統(tǒng)少得多。IDE是一套集成化的設(shè)計與開發(fā)工具，所有的自動化對象都在IDE中配置并部署到目標(biāo)PC上。它用于維護(hù)與配置構(gòu)成應(yīng)用程序的對象以及支撐應(yīng)用程序的底層基礎(chǔ)架構(gòu)。通過使用IDE，可以將新類型的對象導(dǎo)入“Galaxy Repository”、配置新對象、將對象部署到網(wǎng)絡(luò)中的PC上。
Galaxy是指整個自動化的應(yīng)用工程。完整的Gelaxy應(yīng)用模型由單個邏輯域名空間(由“Galaxy數(shù)據(jù)庫”定義)、“Platform”(平臺)、“Engine”(引擎)以及一系列“Object”(對象)構(gòu)成，是構(gòu)成自動化系統(tǒng)的一臺或多臺聯(lián)網(wǎng)PC的集合。它也被稱為“Galaxy域名空間”。Galaxy這個單一的命名空間是由下列對象依據(jù)一定的層次結(jié)構(gòu)來構(gòu)成的：
①Platform。它構(gòu)成Galaxy的物理計算機，一個Galaxy由多個Platform組成；
②Engine。它運行應(yīng)用對象的獨立進(jìn)程，控制運行時的邏輯；
③Area-AutomationObject。它的邏輯分組，代表工廠中的一個區(qū)域或單元，它用于將相關(guān)的AutomationObject分組，以利于報警、歷史及安全等目的；
④Application Objeets(應(yīng)用對象)。它組成應(yīng)用的模塊；
⑤Attributes(屬性)。應(yīng)用對象是由若干個屬性來表示的。
System Platform為可提供豐富的系統(tǒng)模板(如圖2所示)，如圖2系統(tǒng)模板MYMAppEngine、MYMWinplatform、MYMArea等。雙擊MYMWinplatform的實例，可以彈出一個屬性框(如圖3所示)，在General欄里，可以配置Network address，點擊右邊的選擇框，可以看到在整個網(wǎng)絡(luò)上所有的機器，選擇該Platform實例代表的機器名進(jìn)行配置。在工程師站上使用IDE進(jìn)行工程開發(fā)之后，依據(jù)實際的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)把對象部署到相應(yīng)目標(biāo)PC。
MYMWinplatform實例依次包含MYMAppEngine實例、MYMArea實例等(如圖4所示)，對應(yīng)于目標(biāo)PC的引擎、區(qū)域等。當(dāng)MYMWinplatform實例包含設(shè)備對象比較多的時候，可以多建立幾個MYMAppEngine實例，不同的MYMAppEngine實例運行不同區(qū)域的對象，提高運行的性能。“CZ”這個Platform，包含了3個AppEngine，每個AppEngine可以運行多個設(shè)備對象(如圖5所示)。
圖2 系統(tǒng)模板
圖3 Platform配置
圖4 排采井對象
圖5 部署視圖
構(gòu)建三級SCADA系統(tǒng)時，工區(qū)級的操作員站對應(yīng)的每個MYMPlatform實例包含MYMAppEngine實例，MYMArea實例、MUMViewEngine實例，MYMInTouch實例等，每個MYMArea實例包含從排采井模板派生出來的所有實例，所有的排采井實例都通過采集軟件與現(xiàn)場設(shè)備相連接，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)或者過程控制。在廠級和公司級的操作員站對應(yīng)的MYMPlafform只包含MYMViewEngine實例、MYMInTouch實例，分別部署到相應(yīng)的操作員站，實現(xiàn)監(jiān)視控制。這樣就構(gòu)成了三級SCADA系統(tǒng)。
3 面向?qū)ο蟮墓こ涕_發(fā)模式
在ArchestrA架構(gòu)下應(yīng)用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，采用組件化、對象化的方式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。體現(xiàn)在系統(tǒng)平臺中，就是可以通過復(fù)用對象模板的方法來創(chuàng)建實例。通過使用模板，不再需要使用冗余信息來創(chuàng)建類似的對象，從而可以簡化配置工作。只需要使用對象模板來派生出相應(yīng)實例，即可完成類似對象實例的創(chuàng)建。可以從現(xiàn)有的模板派生出新模板。使用標(biāo)準(zhǔn)對象模板庫可以降低項目總體成本。
System Platform可提供豐富的自動化模板對象，包括系統(tǒng)對象、應(yīng)用對象、設(shè)備集成對象。開發(fā)過程中可以利用這些模板設(shè)計所需要的模板。因為所有的實例都是由模板(Template)產(chǎn)生的，那么這些實例都具有共同的屬性。在維護(hù)修改時只需要對模板進(jìn)行改變，然后將這個改變“推”向已經(jīng)存在的實例對象，而不需要在每一個實例里面修改。
在應(yīng)用程序中，對于所采集的相同量，只要編制一個對象模板程序，那么由該模板所派生的實例都有相同的屬性。一個InTouch模板可以派生多個InTouch實例，這些實例顯示的內(nèi)容是一致的，在構(gòu)建三級SCADA系統(tǒng)時，操作方便。在模板對象中所編寫的腳本，當(dāng)該對象派生實例的時候，該對象實例也會有相同的腳本，執(zhí)行相同的動作。
3.1 應(yīng)用對象模板化
在ArchestrA環(huán)境中核心的一個概念就是“應(yīng)用對象”(ApplicationObject)。一個ApplicationObject代表了工廠里的某種設(shè)備，例如：泵、閥門、馬達(dá)等，或是它們的組合。Wonderware提供了一些原始的、基本的Applicationobject 模板， 如MYMDisereteDevice，MYMAnalogDeviee等。開發(fā)者可以在IDE中，利用這些原型構(gòu)筑自己的ApplicationObject，進(jìn)而在ApplicafionServer上部署這些對象(實例化)。每一個ApplieationObject都有自己的屬性：輸入/輸出、報警、圖形、安全、歷史記錄和腳本，甚至還可以包含其他的ApplieationObject(如圖6所示)。
圖6 模板應(yīng)用程序
通過基本模板可以開發(fā)復(fù)雜的設(shè)備對象，比如開發(fā)一個排采井的模板。因每口排采井采集的參數(shù)種類、數(shù)量都是一樣的，所以用該模板派生成的每個實例就是一口排采井。在每個實例里面，通過在設(shè)備對象里面“Scripts”的設(shè)置，可以實現(xiàn)每口排采井所采參量數(shù)據(jù)源地址的自動加載(如圖7所示)。
圖7 對象設(shè)置
在系統(tǒng)平臺下的基于對象的組態(tài)軟件將擁有一個統(tǒng)一的命名空間，不受傳統(tǒng)組態(tài)軟件中點數(shù)的約束。現(xiàn)在傳統(tǒng)的組態(tài)軟件在工程應(yīng)用中都有點數(shù)的限制，這是因為傳統(tǒng)的組態(tài)軟件都是基于標(biāo)記名(Tag)的。而ArchestrA架構(gòu)下的Application Server沒有點數(shù)的限制，唯一的限制就是硬件平臺：CPU的處理能力，內(nèi)存的大小等。當(dāng)一個Application Server不能接受更多的負(fù)載時，只需增加一臺Application Server，然后在IDE中把部分負(fù)載部署到新的Server上就可以了。那些轉(zhuǎn)移過去的點仍然都在同一個命名空間中，仍然是原來應(yīng)用中的一部分，在客戶端不需額外的工作。
3.2 InTouch程序模板化
每個InTouch程序的模板可以派生多個實例，每個InTouch實例可以部署到不同的操作員站，這些操作員站就會顯示一樣的InTouch內(nèi)容，可以執(zhí)行同樣的操作。如果對InTouch程序模板進(jìn)行了改動，由該模板派生的實例都會自動改動，不用逐個修改InTouch程序。這樣解決了在大型系統(tǒng)中維護(hù)和修改InTouch程序中所遇到的問題。在該系統(tǒng)中，工區(qū)有4個操作員站，相應(yīng)的在廠級和公司級各有4個操作員站。這12臺操作員站只用了4個InTouch程序模板，只要把工區(qū)的這4個操作員站的InTouch模板做好了，每個模板生成3個實例，分別部署到工區(qū)級、廠級和公司級三個操作員站就可以了，提高了工作效率。
在每個InTouch程序模板里面，在開發(fā)InTouch工藝界面的時候，不需要通過在InTouch里面畫圖或者用特等來顯示IDE中定義的對象，可以通過在工具欄中的嵌入ArchestrA圖形的圖標(biāo)，插入在IDE中開發(fā)的設(shè)備對象包含的ArchestrA符號中，開發(fā)過程方便快捷。
3.3 腳本編程模板化
System Plafform支持使用QuickScript.NET擴(kuò)展Wonderware的QuickSeript。System Platform擴(kuò)展了這個易于使用的腳本編制語言，使其支持幾乎所有的數(shù)據(jù)類型，并為工程師提供了無限制的能力，以解決最復(fù)雜的應(yīng)用問題。QuickScfipt.NET的新腳本函數(shù)庫可以在其他的.NET開發(fā)環(huán)境中產(chǎn)生，例如微軟公司的VisualBasic.NET或者Visual C.NET，提高了靈活性與效率。QuickScript.NET還為關(guān)鍵的自動化環(huán)境提供了確定性的執(zhí)行次序和數(shù)據(jù)跟蹤能力。由于與標(biāo)準(zhǔn)lnToueh QuickScript兼容，所以可以通過重用現(xiàn)有的應(yīng)用腳本保護(hù)工程投資。
對于一個完整的程序來說，可以通過腳本增強設(shè)備的自動化控制能力。System Platform提供了腳本模板。打開某個對象的模板，就會顯示該對象的所有屬性，在Scripts里面，提供了很多腳本觸發(fā)條件，有“OnScan”、“Off Scan”等，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇。只要在該模板咀面完成某腳本，那么由該模板派生的所有實例都會有該腳本，當(dāng)觸發(fā)條件成立時，所有實例就會執(zhí)行相應(yīng)動作。
4 數(shù)據(jù)存儲集中化
Wonderware INSQL是Wonderware系統(tǒng)平臺的重要組成部分，它提供了整個系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)管理。較之以前版本的InTouch，System Platform架構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲效率有了很大的提高，以前版本的InTouch，每個需要存儲的量都需要選中操作。而且，在選擇的同時，還要把該InTouch目錄下面的文件夾的標(biāo)記名人工導(dǎo)人到INSQL數(shù)據(jù)庫中。目前．本系統(tǒng)中已有700多口排采井實現(xiàn)了自動化，每口排采井有很多需要存儲的量，如果逐個選擇的話，很煩瑣。而且，每新增一口排采井，就要重新把標(biāo)記名人工導(dǎo)入到INSQL數(shù)據(jù)庫中，不能滿足現(xiàn)場需求。在System Platform架構(gòu)下，只要在模板程序里直接把要存庫的對象在History屬性打?qū)?如圖8所示)，那么，由該模板派生的所有實例的該對象都可以自動存庫。
圖8 對象存儲設(shè)置
5 設(shè)備集成通信快捷化
在System Platform架構(gòu)里面，有Device Integration應(yīng)用對象，在模板里只需把相應(yīng)的Device Integration用腳本配置好，然后再派生與現(xiàn)場設(shè)備相連接的實例就可以。目前，在煤層氣現(xiàn)場用到的是MYMDDESuitclink模板，因本系統(tǒng)中700多口實現(xiàn)自動化的排采井采集的參量地址都一樣，所以，只需做好一口排采井的地址映射表，導(dǎo)入到該MYMDDEsuitelink實例里面的每個Topic里面，就可以實現(xiàn)所定義的對象與MYMDDESuitelink的自動鏈接，并自動分配I/O。
6 結(jié)論
通過組態(tài)軟件模板式開發(fā)、模板復(fù)用、模塊式集成、數(shù)據(jù)的集中化存儲，實現(xiàn)了自動化系統(tǒng)的快速組態(tài)，遠(yuǎn)程調(diào)試和修改；減少了調(diào)試維護(hù)人員數(shù)量，縮短了軟件編制周期。System Platform統(tǒng)一了不同的自動化系統(tǒng)以提高運營和信息管理；降低用于能源管理解決方案的生命周期成本，易于整個系統(tǒng)的變更和擴(kuò)展。該方案解決了煤層氣能源管理信息系統(tǒng)開發(fā)過程所遇到的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、采集數(shù)據(jù)點數(shù)多、數(shù)據(jù)庫存儲規(guī)模大等問題，優(yōu)勢顯著，系統(tǒng)穩(wěn)定性強。
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