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1、华中科技大学 硕士学位论文 原油长输管线远程监控系统的设计与实现 姓名：王文顺 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：汪秉文 20070211 I 摘 要 远程监控是涉及计算机控制、网络通信以及软件设计等多方面知识的综合性技 术。随着石油行业的快速发展，远程监控以其在远程控制和信息整合方面的优势， 逐步在油田系统内部尤其是长输管线监控方面得到越来越广泛的应用。 本文结合油田系统的需求特点，分析了当前的发展趋势，研究了远程监控系统在 油田管线监控中的应用，并提出了系统设计的总体方案。在方案设计中，采用统一 建模语言 UML 作为系统需求分析和建模的工具，分析了油田公司在系统站点
2、、管线 和设备分布等多个方面的特点，将总体设计方案分为通信设计方案、对象模型方案、 系统框架方案、数据存储方案以及接口设计方案五个部分，并对这几个部分的设计 原理进行了陈述。为了形象地说明系统中的对象特性， 本文运用面向对象的思想研 究了系统中的实体对象模型，力求做到对象模型的高聚合性和对象关系的松耦合性。 在随后的系统实现环节中，分析了包括管线、设备、仪表、用户界面等在内的各对 象进行信息交互的方法，详细说明了在数据采集/处理模块的实现中所使用的方法， 研究并提出了采用安全套接字层 SSL 协议实现 TCP 安全传输的问题。 文章还采用了设计模式以及一些组件编程的思想和技术， 这些技术在管线
3、监控系 统软件设计和开发当中的应用，不但增强了系统程序的可复用性，更重要的是提高 了软件质量，增强了软件开发的可持续性和系统的可扩展性。 关键词关键词: 远程监控，统一建模语言，面向对象，安全套接字层，设计模式 II ABSTRACT The remote supervise and control is an integrative technology which involved computer control, net communication and software design. With the rapid development of the oil industry,
4、the remote supervise and control is more and more widely adopted in the oil field system, especially in the long transportation pipeline supervise and control. This thesis considers the special needs of the oil field system, current trends of development and the appliance of the remote supervise and
5、 control in the oil field pipeline supervise and control system, and presents the general plan of the system design. In the design of the plan, UML(Unified Module Language) is adopted as the requirement analyse and module tool to analyse the characteristics of the system sites , distribution of pipe
6、lines and equipments ,etc. The plan includes plans of communication design, the object module , the system framework , the data storage and the interfaces, the principles of the design plans are also introduced. This thesis adopts the object oriented theory to analyse the module of real objects in t
7、he system to realize the high aggregate and loose coupling. The thesis also analyses the information interaction of the objects of pipelines, equipments, devices and user interfaces, presents the methods of realization of data acquisition / treatment module and the secure TCP transportation which ad
8、opts the SSL protocol. This thesis also adopts the design pattern and some theory and technology of component programming. The appliance of these technology strengthens the reusability of system program, improves the quality of software and increases consistency and scalability of the software devel
9、opment. Keywords: remote supervise and control, UML, object oriented theory, SSL, design pattern I 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论
10、文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪论 1.1 课题背景和意义 目前长输管线已被广泛运用到原油、天然气的输送中，随着管道运输业的发展， 世界上原油输送管道的 50% 以上已运行了三十年，
11、在我国相当比例的原油管道运行 了二十年以上，老化程度同样严重，管道泄漏现象频频发生。近几年来打孔盗油分 子十分猖獗，几乎每条输油长输管线，每个油田的集输管线都发生过被盗的现象， 严重影响原油生产和输送的正常运行。管道的泄漏不仅影响正常的生产，造成能源 浪费和经济损失，而且还会造成对环境的严重污染和巨大的生命财产损失。 完整的输油管线由采油站、加温站、联合站、集输站、油罐以及油田的其它分散 设施组成。集输站是各管线的交汇处，或为其它分管局来油方向，一般装有多种传 感器仪表，采样如流量、压力、含水量、温度等数据。这些数据反映了长输管线的 各种设施的状态及系统运行状态关系到油田生产的稳定及原油质量，
12、同时管线 的输差是采油厂计量原油产量的依据，以及输油管线运行安全的重要数据参照 1。 长庆油田公司长输管道监测系统存在若干长输管道，每条长输管道短则几十里， 长则数百公里，除发油站和收油站之外，还设有若干个中间泵站。另外由于一般油 田地区的输油站，加温站，集输站分布较广，相对分散，长输管线纵深较大，各站 间地形多样，因此系统结构复杂，通信方式多样。而由于不断的设备改造升级，管 线上的检测设备逐渐形成多样化的趋势。 总之由于企业内部的输油管线覆盖地域广、管线检测设备多样、管线从属关系复 杂，导致长输管线在运行监测方面一直缺乏行之有效的解决方法，因此长输管线的 远程监控系统的设计和实施有着重要的意
13、义。 1.2 研究内容和目标 1）研究内容 2 （1）分析远程监控系统应用在长输管线运行监控中的安全性、实时性、可靠性 方面的问题，研究应当采取的有效措施； （2）分析各站点内不同的管线以及设备的连接情况，研究和选择不同层次实体 对象的建模和表示方法； （3）分析现场数据采样的过程和原理，研究有效的数据处理策略； 2）研究目标 文章研究的目标是针对油田公司长输管线运行中的特点， 整合企业内部资源提出 具体可行的管线远程监控系统方案，使方案能够有效的利用现有的设备与仪表资源。 从功能角度来说使系统既能够直观反映现场设备运行状况，而且具备数据处理、存 储，设备控制等功能，同时能够为系统企业内部各级
14、相关人员提供多样的参考数据 集合，以便于使不同部门的人员能有效了解系统运行状况和细节。 1.3 国内外现状与发展趋势 一般工业领域的监控系统多数采用PLC作为控制器， 采用现场总线技术作为通信 总线，上层监控软件采组态系统。然而一条长输管线少则几十里多则几百公里，单 一现场总线并不能满足长输管线监控的需要，而设备分散的特点也不适合采用集中 控制系统。另外由于无线通信技术的飞速发展，很多大的公司包括Intel、Honeywell、 朗讯等都推出了工业级别的无线通信技术的远程监控硬件解决方案。因此国外一些 国家的油田如墨西哥、阿根廷等以及我国的胜利油田等在远处监控系统通信解决方 案的选择上很多已采
15、用了无线方式或者是融合了无线和有线的技术优势，但在软件 应用设计上由于各油田在监控需求上的差异较大，目前还没有公司能提供一体化的 远程监控系统解决方法2,3,4。 我国油田企业在自动化监测监控领域起步较晚，九十年代以来在长输管道方面、 西部油田、海洋采油平台引进了一些比较先进的自动化设备和技术，在经过近十年 的发展应用后也达到了集散监控阶段。集散监控系统在我国石化企业生产过程中的 越来越普及，提高了局部生产过程的控制水平。但由于标准制定相对落后，厂家采 3 用的系统多是非标准的和封闭的，限制了交流，制约了全局生产潜力的充分发挥。 目前绝大多数油田集散监测系统还只是在局域网上，通常的测控仅局限于
16、同一 地区，所以具有一定的地域局限性。Internet 能实现资源的共享，从而使人们有能力 解决以前在极有限的资源下很难解决的问题，为远程监控系统的发展提供了有利的 条件。在现场设备分布广泛或数据不易采集的场合，要能够及时地监视设备的运行 状态并进行有效控制，这就是远程监控技术在工业上的需求。近两年很多企业包括 石油系统在内，由于对生产控制、信息管理以及资源整合要求不断提升，使远程监 控系统获得了越来越广泛的应用5,6。 基于 B/S 和 C/S 的远程监控系统是以网络作为通信平台的监控系统， 以 HTTP 技 术为基础，具有简单、高效等优点，在国内外已经成为信息网络的一种最普遍应用 的信息交互平台。远程监控系统利用网络通信技术、数据采集技术及面向对象软件 技术实现了整个系统的系统管理、用户管理、设备监控数据显示及报警等模块，充 分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以最高的性能价格比，以信息的实时获 取和实时控制为中心，实现了信息、资源的综合共享和全局一体化的管理。随着网 络技术的不断发展，远程监控将更多地应
