曹文琛 劉昊 吳志峰

國家管網(wǎng)集團西南管道公司

 

 

摘  要：從國家管網(wǎng)集團數字化轉型戰略定位看，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與企業(yè)數據挖掘和服務(wù)業(yè)務(wù)的融合將會(huì )變得愈加緊密。油氣管道智能化建設進(jìn)程中，數據資源的有效管控與使用成為關(guān)鍵。通過(guò)在中緬原油管道試點(diǎn)建設工業(yè)物聯(lián)數據共享系統，探索適用于油氣管道工業(yè)物聯(lián)數據共享體系，構建企業(yè)級工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎，明確了后續工業(yè)數據服務(wù)企業(yè)級信息化思路。

關(guān)鍵詞：油氣管道；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；數據共享；數據物流；中緬原油管道

 

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)智能化發(fā)展的必然趨勢。油氣管道智能化運行管理離不開(kāi)基于工業(yè)數據分析的大量智能應用系統建設，數據資源將成為企業(yè)最重要的資本之一，工業(yè)數據的有效利用將成為運營(yíng)管理的核心[1-3]。

1 油氣管道工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設

1.1 工業(yè)數據統一管理需求

油氣管道生產(chǎn)運行涉及大量的工業(yè)基礎數據。傳統的信息化系統建設采用自底向上“煙囪式”架構，使得工業(yè)數據無(wú)法統一集中調用。管道智能化建設進(jìn)程中，各類(lèi)智能應用都需要數據作為基礎和支撐，單純依靠SCADA系統作為工業(yè)數據的來(lái)源和管理平臺，一是數據覆蓋程度不足，二是響應能力有限，數據利用率不高，容易形成“信息孤島”。油氣管道工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設中，必須在克服傳統自控系統建設問(wèn)題的基礎上，提升數據應用和分析能力。

1.2 工業(yè)數據應用需解決問(wèn)題

為更好地推進(jìn)智能管道建設，構建新的油氣管道工業(yè)數據應用體系，真正達到油氣管道行業(yè)智能管理、數據驅動(dòng)目標，油氣管道工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設應當有針對性地解決傳統信息化建設模式下遺留的問(wèn)題。

（1）數據安全問(wèn)題。在保證不影響數據源和符合相關(guān)安全規范的前提下，保障數據安全。解決方案是：對油氣管道工業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的邊界進(jìn)行數據流向控制，同時(shí)結合國家計算機網(wǎng)絡(luò )安全等級保護標準進(jìn)行系統設計。

（2）穩定傳輸問(wèn)題。應用系統提取需要的數據時(shí)，不能破壞數據源設備的穩定傳輸。解決方案是：制定數據訪(fǎng)問(wèn)和采集不互相干擾的技術(shù)路線(xiàn)。

（3）接入可擴展問(wèn)題�？梢匀菁{更多用戶(hù)并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)。解決方案是：采用分布式架構，系統可以通過(guò)多級DNS，無(wú)限復用IP地址，按需自由進(jìn)行接入能力擴展。

（4） 投資經(jīng)濟問(wèn)題。應能夠在硬件設施和平臺軟件上盡可能依托于原有設施，控制新增硬件投入。解決方案是：依托現有的通信基礎設施；同時(shí)通過(guò)建立統一的數據共享平臺，各應用系統將無(wú)需單獨連接設備。

2 工業(yè)物聯(lián)數據共享體系探索

數據實(shí)時(shí)性對于企業(yè)智能化管理具有重要意 義。目前國內主要油氣管道常用的可編程邏輯控制器（PLC）對數據采集請求響應的上限僅為五臺設備。后期再增加應用需求，因為請求頻率和響應優(yōu)先權等問(wèn)題，會(huì )對設備和系統正常穩定的運行帶來(lái)隱患和風(fēng)險[4-6]。

為更好地進(jìn)行數據管理，引入“數據物流”這一概念。類(lèi)比電信交換和現代物流的思路，形成工業(yè)物聯(lián)數據共享體系。

2.1 “數據物流”與電信交換對比

電信交換過(guò)程即建立應用與數據源的“連接”關(guān)系�！皵祿�物流”與電信交換技術(shù)具有相似性。當用戶(hù)需要從站場(chǎng)取得數據時(shí)，用戶(hù)向共享系統管理中心（即“工業(yè)電信局”）發(fā)出數據請求，管理中心審核用戶(hù)權限，進(jìn)行授權，管理中心發(fā)送用戶(hù)驗證信令至站場(chǎng)，站場(chǎng)獲取信令后，打通用戶(hù)與站場(chǎng)的鏈路，讓用戶(hù)取得站場(chǎng)數據。

從圖 1（a）（b）兩部分對比可以看出，（a）中用戶(hù)相當于（b）中用戶(hù)1，（a）中共享系統管理中心相當于（b）中電信局，（a）中站場(chǎng)相當于（b）中用戶(hù)2。

2.2 “數據物流”與現代物流對比

“數據物流”與現代物流行業(yè)也具有一定的相似性�！皵祿�物流”的本質(zhì)就是數據源向應用傳遞數據服務(wù)。其他系統的應用需要從站場(chǎng)取得數據時(shí)，用戶(hù)向共享系統管理中心（即數據物流管理中心）發(fā)出數據請求，管理中心對應用審核、授權，同時(shí)發(fā)送授權通知至站場(chǎng)，站場(chǎng)獲取通知后可打包相應數據發(fā)送至應用。

圖 2（a）（b）兩部分對比了“數據物流”與現代物流的典型場(chǎng)景（送餐流程）�？梢钥闯�，數據物流和現代物流除了運輸對象有所區別，其他方面非常相似。（a）中的應用相當于（b）中的用戶(hù)，（a）中的數據共享系統管理中心相當于（b）中的點(diǎn)餐平臺，（a）中的站場(chǎng)相當于（b）中的商家。

3 工業(yè)物聯(lián)數據共享體系實(shí)踐

3.1 系統建設

西南管道公司以中緬原油管道（國內段）站場(chǎng)為試點(diǎn)，建設了中緬原油管道工業(yè)物聯(lián)數據共享系統，形成西南管道公司自有的工業(yè)數據共享管理系統。該 系統采用分布式架構，不設統一數據中心，以“去中心化”的方式將站場(chǎng)的生產(chǎn)數據本地存儲；同時(shí)，應用“詢(xún)問(wèn)—應答”工作機制，為站場(chǎng)的工業(yè)設備提供端到端的鏈路管理，可以根據不同應用對工業(yè)數據的需求，有針對性地提供數據服務(wù)。該系統的優(yōu)點(diǎn)是：減輕企業(yè)數據中心的壓力；通過(guò)統一平臺向各應用提供運行基礎數據，避免設備本體的應答沖突；通過(guò)設置不同的訪(fǎng)問(wèn)權限，可以達到不同范圍的數據應用。 圖 3所示為工業(yè)物聯(lián)數據共享系統的數據流向示意圖。

3.2 平臺建設

根據系統數據流向和數據共享管理的需求，設計了中緬原油管道工業(yè)物聯(lián)數據共享系統平臺。平臺總體架構包括站場(chǎng)端及中心端（圖 4）。

在站場(chǎng)端部署分布式節點(diǎn)服務(wù)器作為站場(chǎng)節點(diǎn)，通道管理的分布式節點(diǎn)服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)閘及前置服務(wù)的分布式節點(diǎn)服務(wù)器采集站場(chǎng)SCADA數據。在站場(chǎng)端使用的網(wǎng)閘是單向隔離網(wǎng)閘，隔離SCADA系統和其他應用系統， 確保數據安全性。所有SCADA和非SCADA數據均存儲在通道管理的分布式節點(diǎn)服務(wù)中，其他系統獲取數據均從此分布式節點(diǎn)服務(wù)中獲取，確保了傳輸穩定性。站場(chǎng)節點(diǎn)可部署多個(gè)，通過(guò)中心配置權限，確保接入的可擴展性和投資經(jīng)濟性。

中心端布設在成都分控中心，可以看到各站場(chǎng)數據和調度權限等。系統設計充分考慮將來(lái)其他管道站場(chǎng)、閥室、穿跨越數據點(diǎn)接入平臺的需求，預留了充裕的接入空間。

3.3 實(shí)踐成果

通過(guò)中緬原油管道工業(yè)物聯(lián)數據共享系統建設實(shí)踐，探索出了一條油氣管道智能化建設數據應用的可行之路，形成了一套適用于油氣管網(wǎng)的工業(yè)物聯(lián)數據共享體系，由此解決了傳統的信息化系統建設在實(shí)施工業(yè)物聯(lián)方面的缺陷，確保了油氣管道工業(yè)數據的安全傳輸、共享與管理。

（1）思路上——系統實(shí)現工業(yè)數據與應用系統解綁。數據共享系統只采集設備源數據，確保提供數據共享服務(wù)具有普適性。各應用系統根據不同應用的 需求，提取后自行分析，實(shí)現了數據采集與具體應用 的解綁。

（2）模式上——形成經(jīng)濟可靠的“數據物流”。實(shí)現中緬原油管道（國內段）站場(chǎng)數據的全數據歸集和全信道管理，工業(yè)數據一次采集、多方共享、分布存儲、虛擬集中和按需調用，提高了數據的利用效率，減輕了設備的響應壓力，同時(shí)降低數據中心化存儲的成本。

（3）技術(shù)上——實(shí)現安全的跨域數據服務(wù)。形成了“不同安全等級的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )隔離方法與裝置”發(fā)明專(zhuān)利[7]；對于重要設備或應用，建立接入鏈路時(shí)，可以配置具體的安全措施，確�？缬蜴溄影踩珜�(shí)現。

4 應用展望

未來(lái)區域性工業(yè)數據的集中將有助于搭建公司級工業(yè)物聯(lián)數據共享平臺，建設形成企業(yè)的工業(yè)物聯(lián)專(zhuān)網(wǎng)[8,9]。工業(yè)物聯(lián)數據共享系統將能夠為公司級工業(yè)數據的信息化應用建設，提供架構思想和統一的數據來(lái)源。結合網(wǎng)絡(luò )設備智能化發(fā)展趨勢，數據共享平臺可以升級使用集成性功能的網(wǎng)絡(luò )設備，進(jìn)一步降低設備的投資成本和運維成本。

 

參考文獻：

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[9] 崔紅升，魏政. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣管道中的應用展望[J]. 油氣儲運， 2011， 30(8)： 603-607.

 

作者簡(jiǎn)介：曹文琛，工程師，1987年生，現主要從事長(cháng)輸油氣管道生產(chǎn)運行信息化相關(guān)技術(shù)研究。聯(lián)系方式： 18108890769， 547757761@ qq.com。