1 引言 　　油氣田場(chǎng)站工況采集控制優(yōu)化系統(tǒng)iPESS作為油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iProd的重要組成部分是面向油氣生產(chǎn)處理操作過程的成套采集控制系統(tǒng)，通過自動(dòng)化、信息技術(shù)與站場(chǎng)生產(chǎn)的融合，緊緊圍繞生產(chǎn)運(yùn)行管理，提高生產(chǎn)操作每個(gè)單元的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行，在站內(nèi)設(shè)置站控系統(tǒng)，完成站內(nèi)計(jì)量、集輸、注水、給排水等工藝系統(tǒng)主要生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)的集中監(jiān)測(cè)及優(yōu)化控制，并完成所屬井場(chǎng)和站內(nèi)重點(diǎn)部位的音視頻數(shù)據(jù)監(jiān)控，保證油氣生產(chǎn)處理持續(xù)、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行[1][2]。 2 油氣生產(chǎn)場(chǎng)站自動(dòng)化與信息化現(xiàn)狀分析 　　目前在油氣田場(chǎng)站自動(dòng)化與信息化建設(shè)領(lǐng)域存在的主要問題如下： （1）油氣場(chǎng)站自動(dòng)化系統(tǒng)一般針對(duì)單一生產(chǎn)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，各單元之間協(xié)調(diào)性與互動(dòng)性不強(qiáng)[3]； （2）儀表設(shè)備與傳輸網(wǎng)絡(luò)自身狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與管理未受到足夠重視[4]； （3）數(shù)據(jù)未被充分利用，數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值發(fā)揮程度有限； （4）油氣田場(chǎng)站相關(guān)的專家知識(shí)庫(kù)與支持系統(tǒng)的功能有待加強(qiáng)。 　　針對(duì)上述問題，筆者開展了基于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的油氣田場(chǎng)站工況采集控制優(yōu)化系統(tǒng)iPESS的研究與設(shè)計(jì)。 3 iPESS系統(tǒng)功能構(gòu)架設(shè)計(jì) 　　油氣田場(chǎng)站工況采集控制優(yōu)化系統(tǒng)iPESS按照物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體框架如圖1所示：

圖1 iPESS總體框架

3.1 感知層 　　場(chǎng)站生產(chǎn)相關(guān)信息的全面感知：生產(chǎn)相關(guān)人員、車輛、物資信息的實(shí)時(shí)采集（PDA、GPS、RFID）；實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)、場(chǎng)庫(kù)內(nèi)各個(gè)生產(chǎn)單元信息的全面實(shí)時(shí)采集（各種傳感器、攝像頭）；主要采集數(shù)據(jù)如圖2所示： 水源井：壓力、流量、液位； 注水（汽）站：壓力、溫度、流量、電流、電壓、蒸汽干度、有毒有害氣體濃度等； 計(jì)量間/中轉(zhuǎn)站/增壓站：壓力、溫度、流量、液位、有毒有害氣體濃度； 管網(wǎng)泵站：壓力、溫度、流量、液位、含水率、泄漏監(jiān)測(cè)、有毒有害氣體濃度； 處理站/聯(lián)合站：壓力、溫度、流量、液位、電流、電壓、含水率、有毒有害氣體濃度。

圖2 感知層設(shè)備部署

3.2 傳輸層 　　油氣場(chǎng)站的數(shù)據(jù)傳輸主要為有線寬帶專網(wǎng)傳輸，對(duì)于個(gè)別偏遠(yuǎn)站庫(kù)，可以根據(jù)實(shí)際的情況確定合適的無(wú)線傳輸方案，可供選擇的無(wú)線技術(shù)包括WSN、McWill、WiMAX、WiFi、GPRS、CDMA、3G、4G以及衛(wèi)星等。另外場(chǎng)站系統(tǒng)傳輸層能力應(yīng)該考慮接收與容納附近井場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸需求。 　　在傳輸層與設(shè)備層之間通過WebAccess軟件作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)質(zhì)量以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)管。實(shí)現(xiàn)設(shè)備即插、即入、即用、互聯(lián)、互通、互換；油氣生產(chǎn)相關(guān)人員與系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)：任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何方式的全面互動(dòng)。

圖3 iPESS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

3.3 應(yīng)用層 　　iPESS基于面向油氣企業(yè)的云技術(shù)（企業(yè)私有云），采用可擴(kuò)展、開放式設(shè)計(jì)理念將油氣田場(chǎng)站各生產(chǎn)單元相關(guān)的軟件技術(shù)與管理應(yīng)用（含第三方軟件模塊接口）整合在一個(gè)綜合應(yīng)用平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、信息融合、智能設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程控制、指揮調(diào)度。

圖4 iPESS應(yīng)用基礎(chǔ)平臺(tái)

在基礎(chǔ)平臺(tái)支持下主要實(shí)現(xiàn)以下應(yīng)用功能： （1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集管理 通過DCS或PLC的I/O模塊實(shí)時(shí)采集站內(nèi)的溫度、壓力、液位、流量、泵和閥門的狀態(tài)、可燃?xì)怏w濃度、用電狀況等信號(hào)，自動(dòng)上傳，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行畫面展示和保存，集中顯示帶運(yùn)行參數(shù)的全站工藝流程圖、單元工藝流程圖等，為管理者提供決策依據(jù)。 （2）運(yùn)行參數(shù)診斷優(yōu)化 對(duì)自動(dòng)采集的站、場(chǎng)、點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)處理、分析、診斷、預(yù)測(cè)，并通過流程圖、總貌、報(bào)警、組、趨勢(shì)、單點(diǎn)、報(bào)表等多種畫面進(jìn)行顯示，自動(dòng)學(xué)習(xí)優(yōu)化正常運(yùn)行狀態(tài)下工藝參數(shù)范圍，并設(shè)置預(yù)警報(bào)警界限，從而在異常情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警預(yù)警和運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化等功能。 （3）聯(lián)合站集中控制 針對(duì)檢測(cè)到的參數(shù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，控制對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥和變頻調(diào)速器，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒井計(jì)量；摻水恒溫控制、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)注水量或恒壓、恒流控制功能；柱塞泵遠(yuǎn)程啟停、柱塞泵變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控；控制三相分離器的壓力、油水液位和界面、穩(wěn)定塔的壓力和液位、水套爐溫度、污水處理的加藥量等。 （4）安全聯(lián)鎖保護(hù) 對(duì)重點(diǎn)保護(hù)的設(shè)備實(shí)施安全聯(lián)鎖保護(hù)，如注水泵與軸瓦超溫的聯(lián)鎖保護(hù)、注水電機(jī)與定子超溫的聯(lián)鎖保護(hù)、輕烴產(chǎn)品儲(chǔ)罐高低液位和進(jìn)出液泵的聯(lián)鎖保護(hù)、可燃?xì)怏w泄漏連鎖、停爐、加熱爐熄火保護(hù)等必要的保護(hù)措施。 （5）工況預(yù)測(cè)與故障預(yù)警 在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與相關(guān)專家系統(tǒng)的支持下，通過場(chǎng)站仿真模型，iPESS可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站單元重點(diǎn)設(shè)備的仿真運(yùn)行，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)工況預(yù)測(cè)以及故障預(yù)警。 （6）生產(chǎn)指揮調(diào)度 在場(chǎng)站生產(chǎn)相關(guān)人員與設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)全面感知與互聯(lián)互通，針對(duì)日常狀況以及緊急狀況，iPESS可以更加科學(xué)、智能地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化指揮調(diào)度。 （7）事件記錄和追蹤 對(duì)于系統(tǒng)發(fā)生的事件，如命令、報(bào)警確認(rèn)、修改設(shè)定值、通信口切換、啟停計(jì)算機(jī)、報(bào)表打印等，均被記錄并設(shè)置專門的查詢畫面，記錄內(nèi)容至少應(yīng)包括時(shí)間、事件說明等。還可對(duì)值班工作人員的操作和報(bào)警事件進(jìn)行記錄，便于事故責(zé)任的追查。 （8）系統(tǒng)安全保障 系統(tǒng)提供多個(gè)安全級(jí)別，主要包括只讀用戶、操作員、管理員等；為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，每個(gè)操作站可以限定在某個(gè)或某幾個(gè)授權(quán)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行操作，嚴(yán)禁跨區(qū)域進(jìn)行操作。 （9）崗位培訓(xùn)與應(yīng)急演練 iPESS在云計(jì)算技術(shù)的支持下，可以實(shí)現(xiàn)油氣站庫(kù)系統(tǒng)的完全動(dòng)態(tài)仿真建模，通過虛擬化技術(shù)在不影響正常生產(chǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)各崗位人員的理論與操作培訓(xùn)。同時(shí)可以依靠云的計(jì)算能力調(diào)度功能，模擬生產(chǎn)事故，進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案的演練。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　iPESS既是油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iProd的重要組成部分，也可以作為獨(dú)立的油氣生產(chǎn)局部物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為老場(chǎng)站升級(jí)改造提供技術(shù)方案，由于其先天的物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)，后期可以無(wú)縫接入油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iProd系統(tǒng)中。