衛(wèi)乾，鄧若虹，劉星，伍儒彬

（北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 102200）

0 引言

隨著油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，感知層設(shè)備、傳輸層設(shè)備的數(shù)量激增，復(fù)雜度也進(jìn)一步地提高，新的發(fā)展形勢(shì)對(duì)油田物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力、服務(wù)保障能力、智能管理能力提出了更高的要求[1-3]。本文介紹一種物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由井口儀表、井口控制器RTU及井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU、應(yīng)用管理服務(wù)器、物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)組成，可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備掃描、設(shè)備管理、設(shè)備診斷、設(shè)備升級(jí)、運(yùn)維專家系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔故尽⒕W(wǎng)絡(luò)信息存儲(chǔ)等功能，為技術(shù)工程師、生產(chǎn)管理人員和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員提供了一套強(qiáng)有力的工具。

物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)的應(yīng)用可以確保運(yùn)維過程的流程化、自動(dòng)化、智能化和信息化，快速傳遞并反饋設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)快速故障定位、業(yè)務(wù)處理和恢復(fù)；保證油氣田正常生產(chǎn)過程能夠持續(xù)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)維人員可及時(shí)了解當(dāng)前油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中各設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，降低故障停機(jī)時(shí)間，延長(zhǎng)油井系統(tǒng)高效率生產(chǎn)的時(shí)間，間接提高油氣生產(chǎn)的平均系統(tǒng)效率，進(jìn)而提高油氣產(chǎn)量。

下面以海南福山油田物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)為例，介紹一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、功能及應(yīng)用。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)體系架構(gòu)圖Fig.1 Internet operation and maintenance of the integrated management system architect ture diagram

圖2 物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)功能架構(gòu)圖Fig.2 Internet operation and maintenance of the integrated management framework diagram of system functions

圖3 井場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ蹻ig.3 Network topology functions

圖4 井口設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ蹻ig.4 Wellhead equipment network topology functions

圖5 工程管理子系統(tǒng)界面圖Fig.5 Project management subsystem interface

1 物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)由井口儀表、井口控制器RTU及井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU、應(yīng)用管理服務(wù)器、物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)組成[4]，體系架構(gòu)如圖1所示。

感知層設(shè)備可以通過由數(shù)字壓力表、數(shù)字溫度表、一體化智能示功儀、電參采集儀等設(shè)備組成，其中電參采集儀負(fù)責(zé)采集機(jī)采井電參數(shù)據(jù)以及感知層無(wú)線設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及設(shè)備管理，井口工況數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)維管理數(shù)據(jù)通過進(jìn)口控制器RTU將數(shù)據(jù)傳送至井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU，最終將信息匯總至物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)。

圖6 儀表類設(shè)備管理界面圖Fig.6 Meter class device management interface

圖7 運(yùn)維信息異常報(bào)警功能Fig.7 OPS information exception alerting features

圖8 設(shè)備診斷功能Fig.8 Equipment fault diagnosis function

1.2 物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)功能架構(gòu)

如圖2所示，物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)、工程管理及運(yùn)維子系統(tǒng)、診斷子系統(tǒng)、報(bào)表子系統(tǒng)4部分組成。

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)包含傳輸層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔故竟δ芎透兄獙釉O(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ埽渲袀鬏攲釉O(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ苡糜谡故灸骋挥蛥^(qū)內(nèi)各井場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)部署情況，感知層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ苡糜谡故灸尘畧?chǎng)井口控制器及感知層設(shè)備的部署情況。

1.2.1.1 井場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)根據(jù)指定IP地址段進(jìn)行自動(dòng)遍歷，首先獲取在線設(shè)備的IP地址并存入地址緩沖池，然后通過井場(chǎng)設(shè)備在線測(cè)試應(yīng)答指令確定井場(chǎng)設(shè)備信息。系統(tǒng)具備自動(dòng)掃描和手動(dòng)掃描接口，正常情況下系統(tǒng)可定時(shí)自動(dòng)掃描現(xiàn)場(chǎng)接入網(wǎng)絡(luò)的井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU并將設(shè)備信息自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)試模式下，用戶可以選擇手動(dòng)掃描，用戶可以根據(jù)需要指定掃描地址、端口號(hào)、應(yīng)答選項(xiàng)等多種參數(shù)，掃描方式靈活、可選，掃描完畢后會(huì)提醒用戶是否存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過井場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔故竟δ?，用戶可以查看井?chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，該拓?fù)鋱D可根據(jù)用戶需要展示井場(chǎng)名稱、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系、當(dāng)前井型、攝像頭安裝狀態(tài)、設(shè)備IP地址等信息，如圖3所示。

用戶在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D上，可自主定義井的類型、配置當(dāng)前設(shè)備IP地址，同時(shí)還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷、復(fù)位、管理等操作。在該視圖模式下，可以通過點(diǎn)擊相關(guān)設(shè)備進(jìn)入其子網(wǎng)絡(luò)展示，子網(wǎng)絡(luò)是由井場(chǎng)RTU及傳感器等組成的無(wú)線zigbee網(wǎng)絡(luò)。

1.2.1.2 井口設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

井口設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ艿膶?shí)現(xiàn)依賴于井口控制器的網(wǎng)關(guān)模塊，通過井口控制器網(wǎng)關(guān)模塊，能夠?qū)igbee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)可以識(shí)別的信息包，然后通過井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU封裝為UDP數(shù)據(jù)包傳輸至管理系統(tǒng)。用戶可以通過井場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D過濾功能，選擇查看具體井口RTU及其傳感網(wǎng)絡(luò)組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，清晰了解現(xiàn)場(chǎng)傳感器的工作狀況。井口網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4所示。

在該界面下用戶可以對(duì)井口控制器及傳感器設(shè)備進(jìn)行管理操作，具體可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)讀取、工況參數(shù)讀取、診斷信息讀取、曲線讀取，同時(shí)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置和復(fù)位等操作。

用戶可以在該界面下了解當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果有通訊異?；蛘唠姵仉妷浩偷那闆r，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置將報(bào)警信息發(fā)送至設(shè)定的值班人手機(jī)或郵箱，提醒值班人員及時(shí)處理。

1.2.2 工程管理子系統(tǒng)

工程管理及運(yùn)維子系統(tǒng)包含現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維功能、遠(yuǎn)程運(yùn)維功能及智能查詢功能，其中現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維功能為用戶提供了現(xiàn)場(chǎng)操作設(shè)備的接口，遠(yuǎn)程運(yùn)維功能實(shí)現(xiàn)了在中控室進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備操控的接口，智能查詢功能為工程管理人員提供了快速查找、定位問題設(shè)備的接口。另外，設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)異常報(bào)警功能、設(shè)備配置與管理功能及設(shè)備固件升級(jí)功能也在該子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，該子系統(tǒng)為用戶提供了設(shè)備本地及遠(yuǎn)程配置功能、異常報(bào)警功能、本地及遠(yuǎn)程固件升級(jí)功能。

1.2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維包含無(wú)線及有線方式進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，其中無(wú)線主要有zigbee和wifi兩種接入方式，主要用于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU和無(wú)線數(shù)字溫度表、無(wú)線數(shù)字壓力表、無(wú)線一體化示功儀等設(shè)備，有線主要有RS232及RS485兩種標(biāo)準(zhǔn)接口，一般用于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)井口控制器RTU。

1.2.2.2 遠(yuǎn)程運(yùn)維

遠(yuǎn)程運(yùn)維模式下，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程的井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU和無(wú)線數(shù)字溫度表、無(wú)線數(shù)字壓力表、無(wú)線一體化示功儀等設(shè)備進(jìn)行信息維護(hù)。遠(yuǎn)程運(yùn)維模式的實(shí)現(xiàn)，主要依賴于中油瑞飛物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)的虛擬映射機(jī)制，該機(jī)制可以根據(jù)用戶的操作自動(dòng)將互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包映射至zigbee網(wǎng)絡(luò)或井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU，從而達(dá)到遠(yuǎn)程操作與本地操作幾乎完全一樣，非常便于運(yùn)維管理及技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用。

1.2.2.3 設(shè)備管理

物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)支持設(shè)備的本地管理及遠(yuǎn)程管理，因采用了中油瑞飛特殊的映射機(jī)制，用戶在進(jìn)行遠(yuǎn)程及本地設(shè)備管理時(shí)的操作界面是一樣的，這對(duì)用戶來(lái)說是非常方便的。

用戶可以通過管理模式對(duì)井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端RTU和無(wú)線數(shù)字溫度表、無(wú)線數(shù)字壓力表、無(wú)線一體化示功儀等設(shè)備進(jìn)行管理，其中包括復(fù)位操作、參數(shù)配置、恢復(fù)出廠設(shè)置、固件升級(jí)、設(shè)備診斷及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取功能。

儀表類設(shè)備管理界面如圖6所示。

1.2.2.4 異常報(bào)警

物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維綜合管理系統(tǒng)具備非常完善的異常報(bào)警功能，可以根據(jù)用戶配置將報(bào)警信息自動(dòng)發(fā)送至運(yùn)維管理人員的手機(jī)或郵件，在設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)能夠第一時(shí)間獲取通知，以便及時(shí)處理故障，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

異常報(bào)警支持的功能如圖7所示。

圖9 報(bào)表子系統(tǒng)界面圖Fig.9 Reporting subsystem interface diagram

圖10 智能報(bào)表功能Fig.10 Intellectual report features

1.2.3 診斷子系統(tǒng)

診斷子系統(tǒng)包含網(wǎng)絡(luò)診斷和設(shè)備診斷兩個(gè)部分，通過網(wǎng)絡(luò)診斷功能可以診斷出當(dāng)前井場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)健康狀況，通過設(shè)備診斷功能可以獲取在線設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

報(bào)表子系統(tǒng)是為工程管理運(yùn)維、決策人員提供的一套功能強(qiáng)大、智能化程度較高的報(bào)表統(tǒng)計(jì)、輸出系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)自動(dòng)派單，統(tǒng)計(jì)并輸出年度、月度或指定時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)維信息及相關(guān)圖表。

1.2.3.1 網(wǎng)絡(luò)診斷

網(wǎng)絡(luò)診斷主要通過REQ/ACK通訊機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，其中網(wǎng)絡(luò)診斷包括互聯(lián)網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)診斷及zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)診斷功能，用戶可以通過診斷功能查看當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的健康情況。

1.2.3.2 設(shè)備診斷

設(shè)備診斷是用戶進(jìn)行設(shè)備維護(hù)的重要工具，該工具集成了瑞飛設(shè)備故障運(yùn)維專家系統(tǒng)，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過該功能可以協(xié)助、指導(dǎo)用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，圖8以示功儀設(shè)備為例展示了設(shè)備診斷功能。

在診斷模式下，可以實(shí)時(shí)查看傳感器的工況數(shù)據(jù)，如載荷、位移、電池電壓、信號(hào)強(qiáng)度等信息，當(dāng)偵測(cè)到設(shè)備異常時(shí)，專家系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出。

1.2.4 報(bào)表子系統(tǒng)

報(bào)表子系統(tǒng)是為工程管理運(yùn)維、決策人員提供的一套功能強(qiáng)大、智能化程度較高的報(bào)表統(tǒng)計(jì)、輸出系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)自動(dòng)派單，統(tǒng)計(jì)并輸出年度、月度或指定時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)維信息及相關(guān)圖表。以現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線儀表狀態(tài)統(tǒng)計(jì)為例展示如圖9所示。

1.2.4.1 自動(dòng)工單

該系統(tǒng)集成了自動(dòng)工單功能，用戶通過系統(tǒng)配置窗口可以進(jìn)行工單配置，具體功能如下：可以將設(shè)備故障分類進(jìn)行管理，當(dāng)某一類設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)以郵件及短信方式自動(dòng)向相關(guān)運(yùn)維人員分派工作任務(wù)，制定工時(shí)計(jì)劃，當(dāng)運(yùn)維人員超時(shí)未提交工單完成情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提醒工作人員交付工單。

1.2.4.2 智能報(bào)表

系統(tǒng)集成了豐富的報(bào)表功能，其中包括整體故障率統(tǒng)計(jì)、某一型號(hào)設(shè)備故障率統(tǒng)計(jì)、設(shè)備運(yùn)維次數(shù)統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維管理人員出勤率及出勤時(shí)間統(tǒng)計(jì)，具體功能如圖10所示。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)在海南福山油田運(yùn)行良好，為油田的技術(shù)工程師、生產(chǎn)管理人員和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員提供了一套強(qiáng)有力的工具。通過該系統(tǒng)的井場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D顯示、感知層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼肮芾?、?shù)據(jù)采集與曲線回放、設(shè)備管理、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、工程管理等功能，用戶可及時(shí)了解當(dāng)前油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中各設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)維決策，實(shí)現(xiàn)快速故障定位、業(yè)務(wù)處理和恢復(fù)，保證油氣田正常生產(chǎn)過程能夠持續(xù)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)在福山油田的成功應(yīng)用為該系統(tǒng)在其他油田的應(yīng)用推廣提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，未來(lái)在其他油田的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中也可推廣應(yīng)用該系統(tǒng)。

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