薛广民 沈 亮 陈 明 阴 亮

（1.海南福山油田勘探开发有限责任公司 海南海口 571000；2.北京油气调控中心 北京 100007；3.北京中油瑞飞信息技术有限责任公司 北京 102206）

当前，数字化油气田建设得到各油气田公司的重视。各油气田都在进行或者计划进行数字化油田的改造，以实现油气生产、勘探作业的精细管理和实施。在推进油气田数字化建设的进程中，其核心技术就是物联网技术。随着物联网应用的不断深入，大量智能无线温度变送器、无线压力变送器、无线电量模块已经在油气田生产现场得到大规模使用。然而，油气田现场大多地广人稀、周界范围大、地理环境复杂，上述测控设备在安装、调试、运维过程中存在很大的难度。因此，迫切需要一套物联网设备在线管理系统，实现对设备的在线监测、远程管理、自动巡检、智能运维等管理。

1 设备管理的发展趋势

设备管理难度大。由于油气田生产井场绝大多数在野外，工作区域分散、自然条件艰苦，设备长期运行在高温、高湿等恶劣环境中。了解设备的运行状态只能通过SCADA系统采集设备状态进行监控，往往是发生设备故障后，人工确认才进行故障事后管理，提供运维人员的有效设备管理工具不多。

传统的油气田设备管理主要是靠值班人员周期性巡检，不仅成本高，也会留下许多人为因素，存在安全风险。随着油气田生产过程中智能设备的种类和数量扩充，现有设备管理方式的局限性更加显出。

随着物联网技术应用的不断深入，越来越多具有智能化设备得到广泛应用，基于设备智能化、网络通讯技术、工业自动化控制技术和信息化技术的综合运用，对物联网设备在线实时监测和远程管理成为设备管理发展的新方向。

2 物联网在石油行业的应用

物联网（Internet of Things，简称IOT）是通过传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网技术将成为推动社会经济发展的强劲动力引擎，优先掌握这一技术领域的制高点，对于提高企业的竞争力也起着决定性作用。物联网技术的推广应用已逐渐被各国放在了战略发展的高度，我国也及时提出建设“感知中国”的战略目标。

2011年3月，中国石油天然气集团公司提出油气生产物联网系统（A11）。A11覆盖到石油生产和加工等多个领域，其目标是集成一个可实现生产数据自动采集、关键过程联锁控制、工艺流程可视化展示、生产过程实时监测的综合信息平台。后来，中国石油又出台了工程技术物联网系统规划（A12），A12旨在建立数据自动采集与传输平台、数据一体化存储平台、数据综合应用分析平台，生产作业实现监控与优化，远程支持与辅导决策。上述项目有力地推进了物联网技术在各油气田现场的推广与应用。

3 油气田物联网设备发展趋势

物联网的技术体系主要包括感知层、传输层、应用层3个层次（图1）。其中，感知层位于物联网三层结构中的最底层，解决的是数据获取问题，是物联网的核心。

感知层通过温度传感器、压力传感器、示功仪、电参等设备采集油气田生产现场的实时数据，然后通过Zigbee无线网络、工业现场总线等短距离传输技术，通过井口RTU、井场RTU等通讯传输设备进行数据集中上传。

油气田物联网建设的一个显著特点，就是大规模使用智能设备。因而油气田物联网建设对油气田感知设备提出了更高的要求：

①功能集成度高。通过集成油气田应用的专用算法、无线通讯模块、安全模块等，进一步提升了设备各项服务能力。

②智能化程度高，可实现无人值守。通过提供更丰富的设备状态信息（如故障报警、电量信息、通讯质量等），以及统一的智能化接口，实现设备的可检测，为井口站场的优化运行提供信息支持。

③可靠性高，维护工作量小。这就要求，在设备的设计和选型阶段，选择高可靠性的模型和芯片；在实现过程中，有针对性地进行场景处理；在测试过程中严格把关，保证各种极端条件下设备运行的可靠性。

4 物联网设备在线管理平台的技术思路

物联网设备在线管理平台基于物联网技术，通过自动化、信息化两化融合的思路提供新的设备管理思路：基于物联网感知设备高度集成化和智能化水平，完善了设备自身信息（设备报警、电池电量、运行时间等），以及提供这些信息的访问接口；通过高效稳定的近场无线通讯技术（ZigBee网络技术）和广域网通讯技术（光纤、卫星等）实现数据传输和指令下达；通过生产监控中心建设物联网设备在线管理系统，实现对全部物联网智能设备的集中监管，系统可以与设备进行交互，实现远程在线管理功能，如参数设置、版本升级、校时等部分调试功能；通过与ERP、MES、现有DMS系统进行集成和共享，设备在线管理系统在进行设备数据同步的基础上，将历史数据结合实时数据进行合并分析，可提供标定提醒、设备故障预测等功能。

物联网设备在线管理平台的建设与实施可分为以下4个方面：①依托物联网建设，提升设备的智能化水平；②通过规范智能化管理接口，实现物联设备纳入管理标准化；③基于生产网络，建立集中设备监控系统，将物联网设备通过网络通讯实现统一管理；④研发针对智能设备的在线监测和远程管理等功能，提高设备在线管理的智能化水平，优化人工管理方式。其中，设备智能化升级和规范智能化接口解决的是物联网设备的接入问题。

5 物联网设备在线管理系统设计

5.1 总体设计

物联网模式下的油田设备管理系统是数字化油田建设的重要组成部分，智慧油田的主要设想“由静态到动态，由被动到主动”将在该系统的支持下实现。物联网油田设备管理系统框架设计一般可分为感知层、传输层和应用层3部分（图1）。其中：感知层在油气生产环节实现智能温度变送器、压力变送器、电参模块等传感器采集温度、压力、抽油机工作效率等实时数据；传输层主要通过ZigBee网关、无线网桥实现生产现场设备间的互连互通，并通过井场及井口RTU、PLC实现数据集中并由网络交换器、公用或专用网络等实现数据的远程传输；应用层是物联网设备管理平台，在生产监控中心通过实时监测模块实现对生产实时监测值、设备状态、电池电量、通讯质量等进行实时展现，有在线管理模块实现在线校时、远程升级、参数设置等功能。

图1 物联网设备在线管理系统框架设计图

5.2 核心功能设计

物联网设备在线管理系统的核心功能可以划分为设备交互、在线监测和在线管理。

设备交互由4个部分组成：①设备接口实现针对各种设备进行数据和指令交互的通讯方式、协议转换、数值转换等处理，提供设备接入在线管理的接口；②设备建模针对所管理设备的对象模型进行建模，同时对监测值、命令点进行配置，提供数据采集和指令下发的参数配置信息；③设备数据采集通过设备访问接口和建模信息，通过各种方式获取设备实时监测数据和设备自身信息；④管理指令下发通过设备访问接口和建模信息，将设备管理指令下发给具体执行的设备，实现设备管理的智能化。

在线监测由4个部分组成：①设备实时监测针对井场内各井口的智能仪表的监测值、通讯质量等进行监测，主要显示温变、压变、示功仪等智能仪表的数据；②电量监测针对井场内温变、压变、示功仪等智能仪表的剩余电量进行监测，将剩余电量进行了时长转换，并根据剩余时长进行报警，根据剩余时长不同提示不同的报警颜色，方便设备电量管理；③状态监测实时获取设备的状态码，根据状态码解释目前设备所处的状态，根据设备状态显示不同颜色进行提示，对于故障信息可快速告警显示，实现设备状态监测；④标定提醒设备在线管理系统提供设备标定的管理信息，包括最近标定时间、下次标定时间和报警时间，根据当前时间、下次标定时间和报警时间三者关系用不同颜色提示管理人员进行标定管理。

在线管理由3个部分组成：①在线校时在控制中心管理终端，可以远程通过生产网络与所选的站场RTU进行通讯，对RTU嵌入式系统进行校时，实现远程管理功能；②远程升级在控制中心管理终端，可以远程对RTU嵌入式系统进行升级，并重启设备，实现远程管理功能；③参数配置对远程设备进行通讯参数设置、IP地址配置、专用业务参数等进行配置，可实现设备远程调试等管理功能。

5.3 物联网设备管理的意义

集中管理提升效率、降低成本。通过在监控中心搭建物联网设备在线管理系统，可以接入生产网络可连接范围内的全部智能设备，实现全网络智能设备的集中管理，为现有人工管理提供了高效的管理平台和实时的监控手段，可提升设备管理效率、减少人工运维成本。

实时监测全面感知、预先提醒。物联网设备在线管理系统提供的丰富的实时监测内容，包括设备电量、状态、运行时长及设备参数信息等，可为设备运行管理提供全面的信息。通过对电池剩余电量、设备状态告警信息等提醒监测，可对问题设备进行预先管理。

远程管理管理方式智能化。通过远程管理功能的逐步实现，将大大缓解设备运维任务，如系统升级、参数设置、远程校时等可以分担不少现场调试工作，可有效减少人工现场操作任务、方便设备运维操作，体现设备运维管理方式的智能化水平。

6 总结

通过在海南福山油田进行物联网设备在线管理平台的建设和应用，对物联网在线管理系统的定位和理解逐渐清晰。

通过系统集成与共享，设备在线管理可以发挥更大的作用。它可作为生产执行系统EMS的核心功能，实现了现场设备与生产管理系统的信息对接，提供了设备运行数据；设备在线管理还为应急管理系统提供故障现场数据支持，为应急指挥提供关键的决策支持；可以为企业资源计划管理系统ERP、传统设备管理系统提供实时设备信息，是建设企业管控一体化的关键系统之一。

[1]贺安武，李强，闫学峰等.基于物联网技术的油田设备管理[J].中国石油和化工，2012，（6）：43-45.

[2]万军，王洪元.物联网技术在数字油田中的应用[J].石油化工自动化，2015（1）：1-4.