油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)功能設(shè)計(jì)研究

謝光華，王 滔，張 亮，萬春曉

（中國石油西南油氣田分公司通信與信息技術(shù)中心，成都 610051）

0 引 言

文章主要研究油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)功能設(shè)計(jì)中的功能應(yīng)用模式與機(jī)制，以期打破傳統(tǒng)運(yùn)維管理工作的局限性，運(yùn)用科學(xué)化的功能設(shè)計(jì)方式增強(qiáng)整體的運(yùn)行效果與運(yùn)行水平，為企業(yè)良好發(fā)展以及平臺(tái)運(yùn)維工作的有效開展與提升提供幫助。

1 油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)建設(shè)的重要意義

近年來，油氣田信息化建設(shè)不斷發(fā)展，企業(yè)勘探、開發(fā)、生產(chǎn)等業(yè)務(wù)快速拓展，各類業(yè)務(wù)部門持續(xù)新建信息系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)，此類系統(tǒng)在開發(fā)建設(shè)之后承載業(yè)務(wù)的內(nèi)容增多、數(shù)據(jù)信息數(shù)量增加，呈現(xiàn)出復(fù)雜性的特征，尤其是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)容多，由站控類型、SCADA 實(shí)時(shí)生產(chǎn)類型、視頻智能分析類型、智能化調(diào)度類型、數(shù)據(jù)傳輸類型等各類系統(tǒng)組合而成，按照業(yè)務(wù)需求、信息技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)等不斷完善，能夠滿足油氣田企業(yè)信息化共享、長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略方面的需求。強(qiáng)化系統(tǒng)的運(yùn)維管理，設(shè)計(jì)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)意義重大。

1.1 能夠提升運(yùn)維工作精細(xì)化水平

當(dāng)前所使用的生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)維方式已經(jīng)無法滿足復(fù)雜、煩瑣的系統(tǒng)運(yùn)維需求，難以專業(yè)、準(zhǔn)確、全面地診斷故障或問題，尤其在未來油氣田場站數(shù)量不斷增加的情況下，位置分布也會(huì)呈現(xiàn)更加分散的狀態(tài)，運(yùn)維管理工作規(guī)模增大，運(yùn)維人員的壓力過大，而設(shè)計(jì)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)，可以集成相關(guān)系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、日常運(yùn)行維護(hù)管理、故障診斷和問題分析管理等，在一體化功能支持和流程化應(yīng)用下，提升運(yùn)維工作的精細(xì)化水平。

1.2 有助于優(yōu)化配置數(shù)據(jù)資源

依托統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)，可以利用對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的整合與分析處理形式，從多個(gè)層面、多個(gè)角度進(jìn)行運(yùn)維數(shù)據(jù)信息的挖掘和利用，尤其是將長時(shí)間從生產(chǎn)工作中沉淀、積累的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合化的整合運(yùn)用，有助于提升運(yùn)維工作的效果和自動(dòng)化程度，形成智能化的運(yùn)維模式，達(dá)到在線動(dòng)態(tài)診斷故障的目的，在數(shù)據(jù)信息的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)油氣田企業(yè)的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)相互連通，有效應(yīng)對(duì)現(xiàn)場運(yùn)維和數(shù)據(jù)管理的核心問題，加快有價(jià)值數(shù)據(jù)信息的挖掘速度和整合速度，在改善運(yùn)維工作效果的同時(shí)，減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)利用數(shù)據(jù)信息的挖掘和共享，消除數(shù)據(jù)孤島，為上級(jí)部門和其他業(yè)務(wù)部門提供可靠的數(shù)據(jù)信息，增強(qiáng)業(yè)務(wù)管理效果。借助先進(jìn)運(yùn)維功能，促進(jìn)業(yè)務(wù)工作協(xié)同發(fā)展，創(chuàng)建智能化應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，豐富新型勘探與生產(chǎn)管理機(jī)制，為油氣田實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)和智能化創(chuàng)新進(jìn)步奠定重要基礎(chǔ)。

2 油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

2.1 明確設(shè)定平臺(tái)功能范圍

運(yùn)維平臺(tái)需要具備物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的采集功能，在數(shù)據(jù)預(yù)處理方面、質(zhì)量篩選方面、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)化巡檢和診斷方面、故障定位與分析方面有較為完善的功能，可以有效診斷與運(yùn)維測量計(jì)量儀表、自控設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，其中的測量儀表主要包括壓力、液位、溫度等變送器設(shè)備與可燃、有毒氣體探測儀設(shè)備；計(jì)量儀主要包括各種智能化的流量計(jì)，自控設(shè)備涉及浪涌保護(hù)器部分、信號(hào)隔離器部分、RTU/PLC 控制器部分；物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備涉及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)部分、HART 采集器部分、工業(yè)安全網(wǎng)關(guān)部分。與此同時(shí)，系統(tǒng)還需具備現(xiàn)場的主動(dòng)巡檢功能、實(shí)時(shí)性的故障上報(bào)功能、類似故障問題處置的功能等，可以和其他類型的系統(tǒng)之間形成數(shù)據(jù)交互的模式，借助既有系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)內(nèi)容，打通所有的互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維環(huán)節(jié)。

2.2 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)及思路

2.2.1 強(qiáng)化功能與業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)

在油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)過程中，建立并結(jié)合整體的功能框架，梳理不同的子功能模塊，和相關(guān)業(yè)務(wù)之間相互對(duì)應(yīng)、對(duì)接。

a.一級(jí)首頁功能和二級(jí)的監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)總覽功能、實(shí)時(shí)電子巡檢查看功能、告警通知管理功能，對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)主要就是一體化展示、監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)重大故障、問題，及時(shí)做出告警。

b.一級(jí)的數(shù)據(jù)資源管理功能與二級(jí)的各系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口配置功能、數(shù)據(jù)采集規(guī)則設(shè)置功能、數(shù)據(jù)篩選和預(yù)處理功能，對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)方面數(shù)據(jù)指標(biāo)采集工作，對(duì)于非關(guān)鍵性、明顯問題數(shù)據(jù)信息清洗處理，合并存儲(chǔ)多種類型的數(shù)據(jù)源。

c.一級(jí)資源管理功能與二級(jí)設(shè)備基礎(chǔ)信息管理功能、資源指標(biāo)采集配置功能、資源狀態(tài)實(shí)時(shí)查詢功能，利用模塊化設(shè)計(jì)的方式，監(jiān)測生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與情況，增強(qiáng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的獨(dú)立性，形成相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測頁面。

d.一級(jí)運(yùn)維管理功能與二級(jí)呼叫受理功能對(duì)接功能、運(yùn)維全流程管理功能、外協(xié)單位管理及評(píng)價(jià)功能、移動(dòng)終端應(yīng)用功能，對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)方面的統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)作業(yè)管理工作，有效完成外協(xié)單位管理工作，對(duì)服務(wù)單位的處理服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行評(píng)價(jià)。

e.一級(jí)算法配置和告警管理功能與二級(jí)多指標(biāo)與單指標(biāo)場景算法配置功能、指標(biāo)告警規(guī)則設(shè)置功能等，對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中的多種設(shè)備，通過大數(shù)據(jù)算法、智能化算法等在線實(shí)時(shí)性進(jìn)行指標(biāo)數(shù)據(jù)信息的分析和診斷，借助分級(jí)告警的設(shè)置方式，有效監(jiān)控、管理相關(guān)設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)。

f.一級(jí)報(bào)表生成和評(píng)價(jià)管理的功能與二級(jí)自動(dòng)普通周期報(bào)表、自定義運(yùn)維報(bào)表、各類運(yùn)維工作量、運(yùn)維故障統(tǒng)計(jì)功能等，結(jié)合系統(tǒng)預(yù)制報(bào)表的內(nèi)容合理配置具備一定自動(dòng)化根據(jù)計(jì)劃生成報(bào)表的規(guī)則，結(jié)合用戶自定義形式，生成相應(yīng)的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)報(bào)表，存儲(chǔ)文件內(nèi)容，自動(dòng)發(fā)放報(bào)表處理。

2.2.2 合理設(shè)計(jì)子系統(tǒng)功能

物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)功能設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)的子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，利用既有業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)接口的合理設(shè)置，自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)維業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的采集處理、監(jiān)控處理，按照故障數(shù)據(jù)值生成電子工單，利用企業(yè)主數(shù)據(jù)、權(quán)限、設(shè)備管理等系統(tǒng)相互進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的集成化處理，將BPM 作為流程引擎，按照運(yùn)維業(yè)務(wù)的流程特點(diǎn)與內(nèi)容，結(jié)合業(yè)務(wù)范圍制定生產(chǎn)調(diào)度的任務(wù)，創(chuàng)建統(tǒng)一化運(yùn)維、管理與調(diào)度指揮系統(tǒng)。如圖1所示，為首頁的功能結(jié)構(gòu)，其中涉及監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)總覽、實(shí)時(shí)化電子巡檢查看、告警通知管理等功能，并且配置相應(yīng)的子系統(tǒng)功能模塊，能夠?yàn)橛嘘P(guān)系統(tǒng)和平臺(tái)的良好運(yùn)行提供幫助。

圖1 首頁功能結(jié)構(gòu)

除了首頁功能之外，還涉及數(shù)據(jù)源的管理功能，子功能模塊如圖2 所示，各種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口配置模塊具有數(shù)據(jù)采集狀態(tài)監(jiān)控功能與清單查詢功能等，有助于增強(qiáng)數(shù)據(jù)源的管控效果。數(shù)據(jù)采集規(guī)則設(shè)置方面統(tǒng)一了相應(yīng)的功能模式，能夠增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集的工作水平，數(shù)據(jù)篩選與預(yù)處理的子系統(tǒng)中的功能也十分完善，是提高系統(tǒng)運(yùn)行水平、管理效果的重要部分。

圖2 數(shù)據(jù)源的管理功能

數(shù)據(jù)管理功能設(shè)計(jì)的工作中需按照整體的平臺(tái)運(yùn)行需求、特點(diǎn)等，完善相應(yīng)的管控模式，如圖3 所示，應(yīng)健全有關(guān)的子系統(tǒng)、子功能模塊，為物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維、管理等工作提供支持。

圖3 資源管理功能

平臺(tái)功能設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)重視運(yùn)維管理功能的完善、優(yōu)化、設(shè)置，如圖4 所示，結(jié)合平臺(tái)的發(fā)展需求、建設(shè)需求等，健全其中的運(yùn)維管理呼叫受理功能對(duì)接、運(yùn)維全流程管理模式、外協(xié)單位管理及評(píng)價(jià)機(jī)制、移動(dòng)終端應(yīng)用功能，在各個(gè)二級(jí)功能下還需設(shè)置多種子系統(tǒng)、子功能，保證相應(yīng)的系統(tǒng)和平臺(tái)有效運(yùn)行，預(yù)防發(fā)生功能不足問題。

圖4 運(yùn)維管理功能

重點(diǎn)設(shè)計(jì)算法配置和告警管理的功能，如圖5 所示，設(shè)計(jì)二級(jí)多指標(biāo)場景算法配置功能系統(tǒng)、單指標(biāo)場景算法配置功能系統(tǒng)、指標(biāo)告警規(guī)則設(shè)置功能系統(tǒng)、告警信息分級(jí)管理功能系統(tǒng)，在各個(gè)二級(jí)功能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)置不同子系統(tǒng)、子功能模塊，從而增強(qiáng)相應(yīng)的平臺(tái)應(yīng)用水平。

圖5 算法配置和警告管理功能

報(bào)表生成及評(píng)價(jià)管理功能結(jié)構(gòu)的設(shè)置過程中，按照不同二級(jí)功能的特點(diǎn)與情況，設(shè)計(jì)不同的子功能系統(tǒng)、子模塊，如圖6 所示，確保不同功能模塊的完善性、優(yōu)化性，改善系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀。

圖6 報(bào)表生成與評(píng)價(jià)管理功能系統(tǒng)

3 結(jié) 語

綜上所述，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，油氣田企業(yè)積極設(shè)計(jì)與完善物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)功能，不僅能夠促進(jìn)運(yùn)維工作精細(xì)化水平的提升，還能保證數(shù)據(jù)的有效挖掘與處理，具有非常重要的意義。開展油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維平臺(tái)功能設(shè)計(jì)，強(qiáng)化功能和業(yè)務(wù)對(duì)接，設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、子功能模塊，對(duì)助力物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)維工作順利開展和提升運(yùn)維水平有重要意義。