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管道研究

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油气管道工业物联数据共享体系实践

来源:《管道保护》杂志 作者:曹文琛;刘昊;吴志峰 时间:2021-1-20 阅读:

曹文琛 刘昊 吴志峰

国家管网集团西南管道公司

 

 

摘  要:从国家管网集团数字化转型战略定位看,工业物联网技术与企业数据挖掘和服务业务的融合将会变得愈加紧密。油气管道智能化建设进程中,数据资源的有效管控与使用成为关键。通过在中缅原油管道试点建设工业物联数据共享系统,探索适用于油气管道工业物联数据共享体系,构建企业级工业物联网基础,明确了后续工业数据服务企业级信息化思路。

关键词:油气管道;工业物联网;数据共享;数据物流;中缅原油管道

 

工业物联网是工业智能化发展的必然趋势。油气管道智能化运行管理离不开基于工业数据分析的大量智能应用系统建设,数据资源将成为企业最重要的资本之一,工业数据的有效利用将成为运营管理的核心[1-3]

1 油气管道工业物联网建设

1.1 工业数据统一管理需求

油气管道生产运行涉及大量的工业基础数据。传统的信息化系统建设采用自底向上“烟囱式”架构,使得工业数据无法统一集中调用。管道智能化建设进程中,各类智能应用都需要数据作为基础和支撑,单纯依靠SCADA系统作为工业数据的来源和管理平台,一是数据覆盖程度不足,二是响应能力有限,数据利用率不高,容易形成“信息孤岛”。油气管道工业物联网建设中,必须在克服传统自控系统建设问题的基础上,提升数据应用和分析能力。

1.2 工业数据应用需解决问题

为更好地推进智能管道建设,构建新的油气管道工业数据应用体系,真正达到油气管道行业智能管理、数据驱动目标,油气管道工业物联网建设应当有针对性地解决传统信息化建设模式下遗留的问题。

(1)数据安全问题。在保证不影响数据源和符合相关安全规范的前提下,保障数据安全。解决方案是:对油气管道工业专网的边界进行数据流向控制,同时结合国家计算机网络安全等级保护标准进行系统设计。

(2)稳定传输问题。应用系统提取需要的数据时,不能破坏数据源设备的稳定传输。解决方案是:制定数据访问和采集不互相干扰的技术路线。

(3)接入可扩展问题。可以容纳更多用户并发访问。解决方案是:采用分布式架构,系统可以通过多级DNS,无限复用IP地址,按需自由进行接入能力扩展。

(4) 投资经济问题。应能够在硬件设施和平台软件上尽可能依托于原有设施,控制新增硬件投入。解决方案是:依托现有的通信基础设施;同时通过建立统一的数据共享平台,各应用系统将无需单独连接设备。

2 工业物联数据共享体系探索

数据实时性对于企业智能化管理具有重要意 义。目前国内主要油气管道常用的可编程逻辑控制器(PLC)对数据采集请求响应的上限仅为五台设备。后期再增加应用需求,因为请求频率和响应优先权等问题,会对设备和系统正常稳定的运行带来隐患和风险[4-6]

为更好地进行数据管理,引入“数据物流”这一概念。类比电信交换和现代物流的思路,形成工业物联数据共享体系。

2.1 “数据物流”与电信交换对比

电信交换过程即建立应用与数据源的“连接”关系。“数据物流”与电信交换技术具有相似性。当用户需要从站场取得数据时,用户向共享系统管理中心(即“工业电信局”)发出数据请求,管理中心审核用户权限,进行授权,管理中心发送用户验证信令至站场,站场获取信令后,打通用户与站场的链路,让用户取得站场数据。

从图 1(a)(b)两部分对比可以看出,(a)中用户相当于(b)中用户1,(a)中共享系统管理中心相当于(b)中电信局,(a)中站场相当于(b)中用户2。

2.2 “数据物流”与现代物流对比

“数据物流”与现代物流行业也具有一定的相似性。“数据物流”的本质就是数据源向应用传递数据服务。其他系统的应用需要从站场取得数据时,用户向共享系统管理中心(即数据物流管理中心)发出数据请求,管理中心对应用审核、授权,同时发送授权通知至站场,站场获取通知后可打包相应数据发送至应用。

图 2(a)(b)两部分对比了“数据物流”与现代物流的典型场景(送餐流程)。可以看出,数据物流和现代物流除了运输对象有所区别,其他方面非常相似。(a)中的应用相当于(b)中的用户,(a)中的数据共享系统管理中心相当于(b)中的点餐平台,(a)中的站场相当于(b)中的商家。

3 工业物联数据共享体系实践

3.1 系统建设

西南管道公司以中缅原油管道(国内段)站场为试点,建设了中缅原油管道工业物联数据共享系统,形成西南管道公司自有的工业数据共享管理系统。该 系统采用分布式架构,不设统一数据中心,以“去中心化”的方式将站场的生产数据本地存储;同时,应用“询问—应答”工作机制,为站场的工业设备提供端到端的链路管理,可以根据不同应用对工业数据的需求,有针对性地提供数据服务。该系统的优点是:减轻企业数据中心的压力;通过统一平台向各应用提供运行基础数据,避免设备本体的应答冲突;通过设置不同的访问权限,可以达到不同范围的数据应用。 图 3所示为工业物联数据共享系统的数据流向示意图。

3.2 平台建设

根据系统数据流向和数据共享管理的需求,设计了中缅原油管道工业物联数据共享系统平台。平台总体架构包括站场端及中心端(图 4)。

在站场端部署分布式节点服务器作为站场节点,通道管理的分布式节点服务器通过网闸及前置服务的分布式节点服务器采集站场SCADA数据。在站场端使用的网闸是单向隔离网闸,隔离SCADA系统和其他应用系统, 确保数据安全性。所有SCADA和非SCADA数据均存储在通道管理的分布式节点服务中,其他系统获取数据均从此分布式节点服务中获取,确保了传输稳定性。站场节点可部署多个,通过中心配置权限,确保接入的可扩展性和投资经济性。

中心端布设在成都分控中心,可以看到各站场数据和调度权限等。系统设计充分考虑将来其他管道站场、阀室、穿跨越数据点接入平台的需求,预留了充裕的接入空间。

3.3 实践成果

通过中缅原油管道工业物联数据共享系统建设实践,探索出了一条油气管道智能化建设数据应用的可行之路,形成了一套适用于油气管网的工业物联数据共享体系,由此解决了传统的信息化系统建设在实施工业物联方面的缺陷,确保了油气管道工业数据的安全传输、共享与管理。

(1)思路上——系统实现工业数据与应用系统解绑。数据共享系统只采集设备源数据,确保提供数据共享服务具有普适性。各应用系统根据不同应用的 需求,提取后自行分析,实现了数据采集与具体应用 的解绑。

(2)模式上——形成经济可靠的“数据物流”。实现中缅原油管道(国内段)站场数据的全数据归集和全信道管理,工业数据一次采集、多方共享、分布存储、虚拟集中和按需调用,提高了数据的利用效率,减轻了设备的响应压力,同时降低数据中心化存储的成本。

(3)技术上——实现安全的跨域数据服务。形成了“不同安全等级的工业网络隔离方法与装置”发明专利[7];对于重要设备或应用,建立接入链路时,可以配置具体的安全措施,确保跨域链接安全实现。

4 应用展望

未来区域性工业数据的集中将有助于搭建公司级工业物联数据共享平台,建设形成企业的工业物联专网[8,9]。工业物联数据共享系统将能够为公司级工业数据的信息化应用建设,提供架构思想和统一的数据来源。结合网络设备智能化发展趋势,数据共享平台可以升级使用集成性功能的网络设备,进一步降低设备的投资成本和运维成本。

 

参考文献:

[1] 聂中文,黄晶,于永志,等. 智慧管网的建设进展及存在的问题[J]. 油气储运, 2019, 38(11): 1-9.

[2] 张海峰,蔡永军,李柏松,等. 智慧管道站场设备状态监测关键技术[J]. 油气储运, 2018, 37(8):841-849.

[3] 徐波,李博,宋小晖,等. 油气管道智能化运行解决方案的思考[J].油气储运, 2018, 37(7): 721-727.

[4] 王昆,李琳,李维校.基于物联网技术的智慧长输管道[J].油气储运, 2018, 37(1):15-19.

[5] 王少锋,仲济祥,王建国,等. 基于物联网的油气管道远程数据采集系统开发[J]. 油气储运, 2018,37(4): 443-448.

[6] 宫敬,董旭,陈向新,等. 数字管道中的工艺与自动化系统设计[J]. 油气储运, 2008, 27(4): 1-4.

[7] 邹永胜,等. 不同安全等级的工业网络隔离方法及装置:中国, CN111478891 A[P]. 2020-04-02.

[8] 王怀义,杨喜良.长输油气管道自动化技术发展趋势探讨[J].石油工程建设, 2016, 42(5): 1-5.

[9] 崔红升,魏政. 物联网技术在油气管道中的应用展望[J]. 油气储运, 2011, 30(8): 603-607.

 

作者简介:曹文琛,工程师,1987年生,现主要从事长输油气管道生产运行信息化相关技术研究。联系方式: 18108890769, 547757761@ qq.com。

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