吉曉峰

（中海油信息科技有限公司天津分公司，天津300452）

大數(shù)據(jù)在中海油海上石油平臺關(guān)鍵動設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

吉曉峰

（中海油信息科技有限公司天津分公司，天津300452）

基于海上石油平臺的關(guān)鍵動設(shè)備實(shí)時在線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，了解了海上關(guān)鍵動設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行特性，設(shè)計出關(guān)鍵動設(shè)備狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備軸承震動和溫度等數(shù)據(jù)的采集、提前報警提示，同時，提出相應(yīng)的檢修建議，有效降低設(shè)備故障率。這樣，既解決了人工定期巡檢的局限性，也提高了監(jiān)測質(zhì)量和檢修效果。簡要介紹了大數(shù)據(jù)技術(shù)的定義及其主要技術(shù)，進(jìn)一步闡述了大數(shù)據(jù)技術(shù)在中海油生產(chǎn)運(yùn)行領(lǐng)域的應(yīng)用情況，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)監(jiān)控；透平發(fā)電機(jī)組

1 大數(shù)據(jù)概述

1.1 大數(shù)據(jù)的定義和特征

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類進(jìn)入了一個信息化、數(shù)字化社會，大數(shù)據(jù)便是隨之而來的產(chǎn)物。廣義上講，大數(shù)據(jù)是指，規(guī)模巨大到無法通過目前主流軟件工具，在合理的時間內(nèi)捕捉、存儲、整理、處理和分析的數(shù)據(jù)。如果從數(shù)據(jù)本身看，大數(shù)據(jù)是規(guī)模大、處理速度快、多樣化的信息資產(chǎn)；從分析處理的方式看，傳統(tǒng)技術(shù)難以處理和應(yīng)對，需要采用新的技術(shù)加以處理[1]。

相對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)具有顯著的特征，可以用4個“V”來總結(jié)，即Volume（數(shù)據(jù)量大）、Variety（數(shù)據(jù)種類繁多）、Velocity（處理速度快）、Value（數(shù)據(jù)價值大）[2]。

大數(shù)據(jù)的特征主要體現(xiàn)在以下4個方面：①數(shù)據(jù)體量巨大。截至2013年，世界上存儲的數(shù)據(jù)達(dá)到1.2 ZB字節(jié)[3]。②數(shù)據(jù)類型繁多，包括文字、圖像、視頻、地理位置信息，等等。③產(chǎn)生和處理速度快?；ヂ?lián)網(wǎng)時代，每時每刻都有大量數(shù)據(jù)被獲取和存儲。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的處理與云計算、分布式技術(shù)的使用密切相關(guān)。另外，它能在秒級范圍內(nèi)給出分析結(jié)果，只有快速處理才能有效利用獲取到的數(shù)據(jù)。④價值密度比較低，但商用價值大。互聯(lián)網(wǎng)時代上半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)占比已達(dá)95%以上[4]，分析大量數(shù)據(jù)時，需要花費(fèi)更多的時間。同時，大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以整合多次利用，大數(shù)據(jù)整體蘊(yùn)藏著巨大的價值。

1.2 大數(shù)據(jù)的處理流程

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以運(yùn)用到各行各業(yè)，而大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用流程是：①數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集是大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的基礎(chǔ)，它主要是從本地數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)源導(dǎo)入數(shù)據(jù)。這個過程包括數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)換和加載[1]。②數(shù)據(jù)管理。對采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚⒎诸惔鎯?，同時，提供快速訪問和查詢的功能。③數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析是大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的關(guān)鍵，對集成的數(shù)據(jù)采用適當(dāng)?shù)乃惴Ｐ?，例如傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和云計算技術(shù)，進(jìn)一步處理和分析[5]。其中，處理方式可分為數(shù)據(jù)流處理和批量處理2種。云計算作為大數(shù)據(jù)分析的支撐技術(shù)，也是大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的基本平臺。④數(shù)據(jù)解釋。數(shù)據(jù)解釋主要是以直觀展現(xiàn)、理解的方式將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果展示給用戶。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將是解釋大數(shù)據(jù)最常用、也是最有力的方式[6]。

2 大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

2.1 大數(shù)據(jù)在石油行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析在石油行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段。現(xiàn)有海上石油平臺工業(yè)控制均采用分散控制系統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)，在很大程度上提高了機(jī)組的自動化水平，同時，也為大數(shù)據(jù)分析提供了有力的數(shù)據(jù)支持。本文將介紹中海油海上石油平臺大數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)例。

2.2 透平發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程專家支持系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)背景

透平發(fā)電機(jī)組作為海上平臺的關(guān)鍵動設(shè)備，可靠性是保證其正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，這直接關(guān)系著設(shè)備、人員的安全和公司的經(jīng)濟(jì)效益。在渤海、東海以及南海海域的海上平臺和陸地終端處理廠，如果設(shè)備機(jī)組宕機(jī)，往往會導(dǎo)致整個生產(chǎn)裝置全面停產(chǎn)，甚至?xí)斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，并且維護(hù)人員很難及時就位維修，即使維修人員到達(dá)現(xiàn)場，也有可能因?yàn)槿鄙訇P(guān)鍵數(shù)據(jù)給故障分析和判斷帶來困難，從而降低技術(shù)人員的工作效率，最終效果也不一定理想。

為此，中海油構(gòu)建了動設(shè)備機(jī)組的數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，遠(yuǎn)程獲取燃機(jī)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過海陸專網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷及專家支持中心進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析和智能診斷。這樣做，一方面，在故障發(fā)生前，可以及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，將故障消弭于無形；另一方面，在故障發(fā)生后，可以及時為維修維護(hù)人員提供技術(shù)支撐，并且利用大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在最短的時間內(nèi)給出故障原因和解決方案，盡快恢復(fù)生產(chǎn)，解決平臺分布面廣、交通不便引發(fā)的問題。

2.2.2 透平機(jī)組數(shù)據(jù)采集和傳輸方式

海上平臺透平機(jī)組數(shù)據(jù)采集具有點(diǎn)數(shù)多、采樣頻率高的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)傳輸上要著重考慮安全性問題，要對透平機(jī)組的控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的安全隔離。對于新增透平機(jī)組，一般有2種方式采集數(shù)據(jù)：①新增透平機(jī)組進(jìn)入原有電力并網(wǎng)系統(tǒng)（EMS）。此時，數(shù)據(jù)已傳入EMS的DMS實(shí)時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，可直接從EMS中提取相關(guān)透平機(jī)組的數(shù)據(jù)，從而滿足陸地專家的診斷需求。②新增透平機(jī)組不進(jìn)入EMS。在這種情況下，可以通過透平控制系統(tǒng)取得相關(guān)數(shù)據(jù)。在渤海地區(qū)海上平臺，透平機(jī)組一般采用羅克韋爾公司的PLC作為其控制系統(tǒng)，因此，可以采取在原控制系統(tǒng)中增加以太網(wǎng)模塊的方式采集數(shù)據(jù)。如果原控制系統(tǒng)內(nèi)沒有空間增加以太網(wǎng)模塊，可以通過上位機(jī)進(jìn)行通訊，在上位機(jī)安裝OPC Server授權(quán)，通過OPC方式獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2.3 數(shù)據(jù)傳輸方案

數(shù)據(jù)傳輸方案如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)傳輸方案圖

透平發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程專家支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理分為4個部分，具體如表1所示。

表1 透平發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程專家支持系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)將透平機(jī)組實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)自各分公司數(shù)據(jù)庫服務(wù)器或平臺機(jī)組系統(tǒng)采集并存儲，采用實(shí)時數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)用于關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的診斷和分析工作。

2.2.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

2.2.4.1 趨勢與預(yù)測

預(yù)測燃?xì)廨啓C(jī)性能、部件性能變化趨勢，機(jī)組部件運(yùn)行壽命預(yù)估，提出相應(yīng)的維修建議。

2.2.4.2 故障診斷與分析

燃?xì)廨啓C(jī)故障分類，故障診斷分析，故障知識庫，故障記錄數(shù)據(jù)庫。

2.2.4.3 振動分析

實(shí)時進(jìn)行機(jī)旁振動監(jiān)測，振動數(shù)據(jù)存儲和管理，遠(yuǎn)程振動分析。

2.2.4.4 機(jī)組壽命分析與預(yù)測

使用當(dāng)量運(yùn)行時間法對機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時間進(jìn)行統(tǒng)計分析，預(yù)測整機(jī)實(shí)際壽命，給出維修建議。

2.2.4.5 附屬系統(tǒng)診斷

提取附屬系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢預(yù)估、參數(shù)超限報警、附屬系統(tǒng)故障診斷。

2.2.4.6 軸承與滑油系統(tǒng)診斷模塊

綜合分析軸承振動和滑油系統(tǒng)數(shù)據(jù)，依據(jù)溫度變化趨勢和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)給出軸承狀態(tài)。

3 結(jié)束語

依據(jù)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測分析—數(shù)據(jù)集成統(tǒng)一平臺—系統(tǒng)集成優(yōu)化創(chuàng)新的思路，利用采集的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，形成有中海油大數(shù)據(jù)應(yīng)用特色的系統(tǒng)應(yīng)用案例。大數(shù)據(jù)發(fā)展的核心動力來源于人類測量、記錄和分析世界的渴望，信息技術(shù)變革隨處可見。筆者相信，在不久的將來，信息技術(shù)變革的重點(diǎn)會從“T”（技術(shù)）向“I”（信息）轉(zhuǎn)變，它更注重信息本身。

［1］何寶宏，魏凱.大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢及應(yīng)用的初步經(jīng)驗(yàn)［J］.金融電子化，2013（6）：31-34.

［2］Beyer M A，Laney D.The importance of‘Big Data’：adefinition.Stamford：Gartner，2012：2-5.

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〔編輯：白潔〕

TP311.13

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.149

2095－6835（2017）16－0149－03

吉曉峰（1970—），男，本科，主要從事中海油生產(chǎn)信息化及數(shù)據(jù)應(yīng)用分析方面的工作。