曹文琛 劉昊 吳志峰

國家管網集團西南管道公司

 

 

摘  要：從國家管網集團數字化轉型戰略定位看，工業物聯網技術與企業數據挖掘和服務業務的融合將會變得愈加緊密。油氣管道智能化建設進程中，數據資源的有效管控與使用成為關鍵。通過在中緬原油管道試點建設工業物聯數據共享系統，探索適用于油氣管道工業物聯數據共享體系，構建企業級工業物聯網基礎，明確了后續工業數據服務企業級信息化思路。

關鍵詞：油氣管道；工業物聯網；數據共享；數據物流；中緬原油管道

 

工業物聯網是工業智能化發展的必然趨勢。油氣管道智能化運行管理離不開基于工業數據分析的大量智能應用系統建設，數據資源將成為企業最重要的資本之一，工業數據的有效利用將成為運營管理的核心[1-3]。

1 油氣管道工業物聯網建設

1.1 工業數據統一管理需求

油氣管道生產運行涉及大量的工業基礎數據。傳統的信息化系統建設采用自底向上“煙囪式”架構，使得工業數據無法統一集中調用。管道智能化建設進程中，各類智能應用都需要數據作為基礎和支撐，單純依靠SCADA系統作為工業數據的來源和管理平臺，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”。油氣管道工業物聯網建設中，必須在克服傳統自控系統建設問題的基礎上，提升數據應用和分析能力。

1.2 工業數據應用需解決問題

為更好地推進智能管道建設，構建新的油氣管道工業數據應用體系，真正達到油氣管道行業智能管理、數據驅動目標，油氣管道工業物聯網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題。

（1）數據安全問題。在保證不影響數據源和符合相關安全規范的前提下，保障數據安全。解決方案是：對油氣管道工業專網的邊界進行數據流向控制，同時結合國家計算機網絡安全等級保護標準進行系統設計。

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

（3）接入可擴展問題。可以容納更多用戶并發訪問。解決方案是：采用分布式架構，系統可以通過多級DNS，無限復用IP地址，按需自由進行接入能力擴展。

（4） 投資經濟問題。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；同時通過建立統一的數據共享平臺，各應用系統將無需單獨連接設備。

2 工業物聯數據共享體系探索

數據實時性對于企業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先權等問題，會對設備和系統正常穩定的運行帶來隱患和風險[4-6]。

為更好地進行數據管理，引入“數據物流”這一概念。類比電信交換和現代物流的思路，形成工業物聯數據共享體系。

2.1 “數據物流”與電信交換對比

電信交換過程即建立應用與數據源的“連接”關系。“數據物流”與電信交換技術具有相似性。當用戶需要從站場取得數據時，用戶向共享系統管理中心（即“工業電信局”）發出數據請求，管理中心審核用戶權限，進行授權，管理中心發送用戶驗證信令至站場，站場獲取信令后，打通用戶與站場的鏈路，讓用戶取得站場數據。

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

2.2 “數據物流”與現代物流對比

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

圖 2（a）（b）兩部分對比了“數據物流”與現代物流的典型場景（送餐流程）。可以看出，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，（a）中的數據共享系統管理中心相當于（b）中的點餐平臺，（a）中的站場相當于（b）中的商家。

3 工業物聯數據共享體系實踐

3.1 系統建設

西南管道公司以中緬原油管道（國內段）站場為試點，建設了中緬原油管道工業物聯數據共享系統，形成西南管道公司自有的工業數據共享管理系統。該 系統采用分布式架構，不設統一數據中心，以“去中心化”的方式將站場的生產數據本地存儲；同時，應用“詢問—應答”工作機制，為站場的工業設備提供端到端的鏈路管理，可以根據不同應用對工業數據的需求，有針對性地提供數據服務。該系統的優點是：減輕企業數據中心的壓力；通過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；通過設置不同的訪問權限，可以達到不同范圍的數據應用。 圖 3所示為工業物聯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物聯數據共享系統平臺。平臺總體架構包括站場端及中心端（圖 4）。

在站場端部署分布式節點服務器作為站場節點，通道管理的分布式節點服務器通過網閘及前置服務的分布式節點服務器采集站場SCADA數據。在站場端使用的網閘是單向隔離網閘，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服務中，其他系統獲取數據均從此分布式節點服務中獲取，確保了傳輸穩定性。站場節點可部署多個，通過中心配置權限，確保接入的可擴展性和投資經濟性。

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

3.3 實踐成果

通過中緬原油管道工業物聯數據共享系統建設實踐，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的工業物聯數據共享體系，由此解決了傳統的信息化系統建設在實施工業物聯方面的缺陷，確保了油氣管道工業數據的安全傳輸、共享與管理。

（1）思路上——系統實現工業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，實現了數據采集與具體應用 的解綁。

（2）模式上——形成經濟可靠的“數據物流”。實現中緬原油管道（國內段）站場數據的全數據歸集和全信道管理，工業數據一次采集、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，同時降低數據中心化存儲的成本。

（3）技術上——實現安全的跨域數據服務。形成了“不同安全等級的工業網絡隔離方法與裝置”發明專利[7]；對于重要設備或應用，建立接入鏈路時，可以配置具體的安全措施，確保跨域鏈接安全實現。

4 應用展望

未來區域性工業數據的集中將有助于搭建公司級工業物聯數據共享平臺，建設形成企業的工業物聯專網[8,9]。工業物聯數據共享系統將能夠為公司級工業數據的信息化應用建設，提供架構思想和統一的數據來源。結合網絡設備智能化發展趨勢，數據共享平臺可以升級使用集成性功能的網絡設備，進一步降低設備的投資成本和運維成本。

 

參考文獻：

[1] 聶中文，黃晶，于永志，等. 智慧管網的建設進展及存在的問題[J]. 油氣儲運， 2019， 38(11)： 1-9.

[2] 張海峰，蔡永軍，李柏松，等. 智慧管道站場設備狀態監測關鍵技術[J]. 油氣儲運， 2018， 37(8)：841-849.

[3] 徐波，李博，宋小暉，等. 油氣管道智能化運行解決方案的思考[J].油氣儲運， 2018， 37(7)： 721-727.

[4] 王昆，李琳，李維校.基于物聯網技術的智慧長輸管道[J].油氣儲運， 2018， 37(1):15-19.

[5] 王少鋒，仲濟祥，王建國，等. 基于物聯網的油氣管道遠程數據采集系統開發[J]. 油氣儲運， 2018，37(4)： 443-448.

[6] 宮敬，董旭，陳向新，等. 數字管道中的工藝與自動化系統設計[J]. 油氣儲運， 2008， 27(4)： 1-4.

[7] 鄒永勝，等. 不同安全等級的工業網絡隔離方法及裝置：中國， CN111478891 A[P]. 2020-04-02.

[8] 王懷義，楊喜良.長輸油氣管道自動化技術發展趨勢探討[J].石油工程建設， 2016， 42(5)： 1-5.

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

 

作者簡介：曹文琛，工程師，1987年生，現主要從事長輸油氣管道生產運行信息化相關技術研究。聯系方式： 18108890769， 547757761@ qq.com。