隨著環境污染的日益嚴重，常規能源的日益短缺，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之路。因煤層氣排采井井數多，而且分布于崇山峻嶺之間，地形復雜，人工巡井已經不能滿足生產需要，因此，排采井實現自動化控制與管理就成為一項重要的工作。因現場網絡結構復雜、排采井井數多、采集數據點多、數據庫存儲規模大。一般的組態軟件已無法滿足上述工程需求。通過多方調研，筆者選擇了Wonderware公司的基于工業標準的ArchestrA實時SOA技術之上的系統平臺的解決方案。
1 分布式系統應用程序遠程部署
目前，煤層氣現場網絡由兩個網段組成，一個是10*.*.*，另外一個是192.168.*.*.*，這兩個網絡通過3層交換機實現互通。裝有System Platform的工程師站位于192.168.*.*.*的網段中，其他的操作員站分布在192.168.*.*.*網段和10.*.*.*的網段中(如圖1所示)，因為10.*.*.*的操作員站的監控機和工程師站的開發系統分別處于不同網段甚至不同地域，通過修改每臺監控機上的Host文件，可以實現System Platform系統下的所有監控機跨網段通信，這樣，工程師站就可以實現對不同區域的操作員站的遠程部署和遠程維護，這正是System Platform系統的遠程部署的優勢所在，只要網絡是物理連通的，就可以實現應用程序的遠程異地部署，在分布式環境中顯著減少手工安裝軟件所需的時間，以及在網絡上分發應用程序的常規限制與復雜性。充分利用了網絡的優勢，降低了勞動強度，節省了勞動時間，提高了工作效率。
圖1 網絡架構圖
2 工程項目集中開發
ArchestrA IDE是單獨的一套開發工具，可用于開發、部署以及維護整個監控系統。它還是一個多用戶的開發環境，允許多個開發人員同時開發一個應用程序和項目，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構結合在一起，使得在開發與更改程序方面所需耗費的時間比與基于標記的傳統型系統少得多。IDE是一套集成化的設計與開發工具，所有的自動化對象都在IDE中配置并部署到目標PC上。它用于維護與配置構成應用程序的對象以及支撐應用程序的底層基礎架構。通過使用IDE，可以將新類型的對象導入“Galaxy Repository”、配置新對象、將對象部署到網絡中的PC上。
Galaxy是指整個自動化的應用工程。完整的Gelaxy應用模型由單個邏輯域名空間(由“Galaxy數據庫”定義)、“Platform”(平臺)、“Engine”(引擎)以及一系列“Object”(對象)構成，是構成自動化系統的一臺或多臺聯網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一定的層次結構來構成的：
①Platform。它構成Galaxy的物理計算機，一個Galaxy由多個Platform組成；
②Engine。它運行應用對象的獨立進程，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域或單元，它用于將相關的AutomationObject分組，以利于報警、歷史及安全等目的；
④Application Objeets(應用對象)。它組成應用的模塊；
⑤Attributes(屬性)。應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模板(如圖2所示)，如圖2系統模板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，可以看到在整個網絡上所有的機器，選擇該Platform實例代表的機器名進行配置。在工程師站上使用IDE進行工程開發之后，依據實際的網絡架構把對象部署到相應目標PC。
MYMWinplatform實例依次包含MYMAppEngine實例、MYMArea實例等(如圖4所示)，對應于目標PC的引擎、區域等。當MYMWinplatform實例包含設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可以運行多個設備對象(如圖5所示)。
圖2 系統模板
圖3 Platform配置
圖4 排采井對象
圖5 部署視圖
構建三級SCADA系統時，工區級的操作員站對應的每個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場設備相連接，實現采集數據或者過程控制。在廠級和公司級的操作員站對應的MYMPlafform只包含MYMViewEngine實例、MYMInTouch實例，分別部署到相應的操作員站，實現監視控制。這樣就構成了三級SCADA系統。
3 面向對象的工程開發模式
在ArchestrA架構下應用面向對象的技術，采用組件化、對象化的方式進行系統設計。體現在系統平臺中，就是可以通過復用對象模板的方法來創建實例。通過使用模板，不再需要使用冗余信息來創建類似的對象，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實例，即可完成類似對象實例的創建。可以從現有的模板派生出新模板。使用標準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，包括系統對象、應用對象、設備集成對象。開發過程中可以利用這些模板設計所需要的模板。因為所有的實例都是由模板(Template)產生的，那么這些實例都具有共同的屬性。在維護修改時只需要對模板進行改變，然后將這個改變“推”向已經存在的實例對象，而不需要在每一個實例里面修改。
在應用程序中，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，這些實例顯示的內容是一致的，在構建三級SCADA系統時，操作方便。在模板對象中所編寫的腳本，當該對象派生實例的時候，該對象實例也會有相同的腳本，執行相同的動作。
3.1 應用對象模板化
在ArchestrA環境中核心的一個概念就是“應用對象”(ApplicationObject)。一個ApplicationObject代表了工廠里的某種設備，例如：泵、閥門、馬達等，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。開發者可以在IDE中，利用這些原型構筑自己的ApplicationObject，進而在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 模板應用程序
通過基本模板可以開發復雜的設備對象，比如開發一個排采井的模板。因每口排采井采集的參數種類、數量都是一樣的，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，通過在設備對象里面“Scripts”的設置，可以實現每口排采井所采參量數據源地址的自動加載(如圖7所示)。
圖7 對象設置
在系統平臺下的基于對象的組態軟件將擁有一個統一的命名空間，不受傳統組態軟件中點數的約束。現在傳統的組態軟件在工程應用中都有點數的限制，這是因為傳統的組態軟件都是基于標記名(Tag)的。而ArchestrA架構下的Application Server沒有點數的限制，唯一的限制就是硬件平臺：CPU的處理能力，內存的大小等。當一個Application Server不能接受更多的負載時，只需增加一臺Application Server，然后在IDE中把部分負載部署到新的Server上就可以了。那些轉移過去的點仍然都在同一個命名空間中，仍然是原來應用中的一部分，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內容，可以執行同樣的操作。如果對InTouch程序模板進行了改動，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中維護和修改InTouch程序中所遇到的問題。在該系統中，工區有4個操作員站，相應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，插入在IDE中開發的設備對象包含的ArchestrA符號中，開發過程方便快捷。
3.3 腳本編程模板化
System Plafform支持使用QuickScript.NET擴展Wonderware的QuickSeript。System Platform擴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據類型，并為工程師提供了無限制的能力，以解決最復雜的應用問題。QuickScfipt.NET的新腳本函數庫可以在其他的.NET開發環境中產生，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還為關鍵的自動化環境提供了確定性的執行次序和數據跟蹤能力。由于與標準lnToueh QuickScript兼容，所以可以通過重用現有的應用腳本保護工程投資。
對于一個完整的程序來說，可以通過腳本增強設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條件，有“OnScan”、“Off Scan”等，可以根據實際情況進行選擇。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，當觸發條件成立時，所有實例就會執行相應動作。
4 數據存儲集中化
Wonderware INSQL是Wonderware系統平臺的重要組成部分，它提供了整個系統的歷史數據管理。較之以前版本的InTouch，System Platform架構的數據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記名人工導人到INSQL數據庫中。目前．本系統中已有700多口排采井實現了自動化，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，就要重新把標記名人工導入到INSQL數據庫中，不能滿足現場需求。在System Platform架構下，只要在模板程序里直接把要存庫的對象在History屬性打對勾(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 對象存儲設置
5 設備集成通信快捷化
在System Platform架構里面，有Device Integration應用對象，在模板里只需把相應的Device Integration用腳本配置好，然后再派生與現場設備相連接的實例就可以。目前，在煤層氣現場用到的是MYMDDESuitclink模板，因本系統中700多口實現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，導入到該MYMDDEsuitelink實例里面的每個Topic里面，就可以實現所定義的對象與MYMDDESuitelink的自動鏈接，并自動分配I/O。
6 結論
通過組態軟件模板式開發、模板復用、模塊式集成、數據的集中化存儲，實現了自動化系統的快速組態，遠程調試和修改；減少了調試維護人員數量，縮短了軟件編制周期。System Platform統一了不同的自動化系統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，易于整個系統的變更和擴展。該方案解決了煤層氣能源管理信息系統開發過程所遇到的網絡結構復雜、采集數據點數多、數據庫存儲規模大等問題，優勢顯著，系統穩定性強。
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