1 引言 　　油氣田場站工況采集控制優(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)，通過自動化、信息技術(shù)與站場生產(chǎn)的融合，緊緊圍繞生產(chǎn)運行管理，提高生產(chǎn)操作每個單元的自動化程度，實現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)運行，在站內(nèi)設(shè)置站控系統(tǒng)，完成站內(nèi)計量、集輸、注水、給排水等工藝系統(tǒng)主要生產(chǎn)運行參數(shù)的集中監(jiān)測及優(yōu)化控制，并完成所屬井場和站內(nèi)重點部位的音視頻數(shù)據(jù)監(jiān)控，保證油氣生產(chǎn)處理持續(xù)、穩(wěn)定、高效的運行[1][2]。 2 油氣生產(chǎn)場站自動化與信息化現(xiàn)狀分析 　　目前在油氣田場站自動化與信息化建設(shè)領(lǐng)域存在的主要問題如下： （1）油氣場站自動化系統(tǒng)一般針對單一生產(chǎn)單元進行設(shè)計，各單元之間協(xié)調(diào)性與互動性不強[3]； （2）儀表設(shè)備與傳輸網(wǎng)絡(luò)自身狀態(tài)的監(jiān)測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)價值發(fā)揮程度有限； （4）油氣田場站相關(guān)的專家知識庫與支持系統(tǒng)的功能有待加強。 　　針對上述問題，筆者開展了基于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的油氣田場站工況采集控制優(yōu)化系統(tǒng)iPESS的研究與設(shè)計。 3 iPESS系統(tǒng)功能構(gòu)架設(shè)計 　　油氣田場站工況采集控制優(yōu)化系統(tǒng)iPESS按照物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計總體框架如圖1所示：

圖1 iPESS總體框架

3.1 感知層 　　場站生產(chǎn)相關(guān)信息的全面感知：生產(chǎn)相關(guān)人員、車輛、物資信息的實時采集（PDA、GPS、RFID）；實現(xiàn)管網(wǎng)、場庫內(nèi)各個生產(chǎn)單元信息的全面實時采集（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、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 　　油氣場站的數(shù)據(jù)傳輸主要為有線寬帶專網(wǎng)傳輸，對于個別偏遠站庫，可以根據(jù)實際的情況確定合適的無線傳輸方案，可供選擇的無線技術(shù)包括WSN、McWill、WiMAX、WiFi、GPRS、CDMA、3G、4G以及衛(wèi)星等。另外場站系統(tǒng)傳輸層能力應(yīng)該考慮接收與容納附近井場的數(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)管理平臺進行設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)質(zhì)量以及網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的實時監(jiān)管。實現(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)之間實現(xiàn)：任何時間、任何地點、任何方式的全面互動。

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），采用可擴展、開放式設(shè)計理念將油氣田場站各生產(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）整合在一個綜合應(yīng)用平臺上實現(xiàn)統(tǒng)一管理、信息融合、智能設(shè)計、遠程控制、指揮調(diào)度。

圖4 iPESS應(yīng)用基礎(chǔ)平臺

在基礎(chǔ)平臺支持下主要實現(xiàn)以下應(yīng)用功能： （1）實時數(shù)據(jù)采集管理 通過DCS或PLC的I/O模塊實時采集站內(nèi)的溫度、壓力、液位、流量、泵和閥門的狀態(tài)、可燃氣體濃度、用電狀況等信號，自動上傳，實時進行數(shù)據(jù)處理，并進行畫面展示和保存，集中顯示帶運行參數(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）運行參數(shù)診斷優(yōu)化 對自動采集的站、場、點運行參數(shù)處理、分析、診斷、預(yù)測，并通過流程圖、總貌、報警、組、趨勢、單點、報表等多種畫面進行顯示，自動學(xué)習(xí)優(yōu)化正常運行狀態(tài)下工藝參數(shù)范圍，并設(shè)置預(yù)警報警界限，從而在異常情況下實現(xiàn)自動報警預(yù)警和運行參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化等功能。 （3）聯(lián)合站集中控制 針對檢測到的參數(shù)，實時進行運算，控制對應(yīng)的調(diào)節(jié)閥和變頻調(diào)速器，從而實現(xiàn)自動倒井計量；摻水恒溫控制、遠程調(diào)節(jié)注水量或恒壓、恒流控制功能；柱塞泵遠程啟停、柱塞泵變頻器遠程監(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 對重點保護的設(shè)備實施安全聯(lián)鎖保護，如注水泵與軸瓦超溫的聯(lián)鎖保護、注水電機與定子超溫的聯(lián)鎖保護、輕烴產(chǎn)品儲罐高低液位和進出液泵的聯(lián)鎖保護、可燃氣體泄漏連鎖、停爐、加熱爐熄火保護等必要的保護措施。 （5）工況預(yù)測與故障預(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，通過場站仿真模型，iPESS可以實現(xiàn)場站單元重點設(shè)備的仿真運行，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)工況預(yù)測以及故障預(yù)警。 （6）生產(chǎn)指揮調(diào)度 在場站生產(chǎn)相關(guān)人員與設(shè)備之間實現(xiàn)全面感知與互聯(lián)互通，針對日常狀況以及緊急狀況，iPESS可以更加科學(xué)、智能地實現(xiàn)優(yōu)化指揮調(diào)度。 （7）事件記錄和追蹤 對于系統(tǒng)發(fā)生的事件，如命令、報警確認、修改設(shè)定值、通信口切換、啟停計算機、報表打印等，均被記錄并設(shè)置專門的查詢畫面，記錄內(nèi)容至少應(yīng)包括時間、事件說明等。還可對值班工作人員的操作和報警事件進行記錄，便于事故責(zé)任的追查。 （8）系統(tǒng)安全保障 系統(tǒng)提供多個安全級別，主要包括只讀用戶、操作員、管理員等；為了確保系統(tǒng)運行的安全性，每個操作站可以限定在某個或某幾個授權(quán)的區(qū)域內(nèi)進行操作，嚴禁跨區(qū)域進行操作。 （9）崗位培訓(xùn)與應(yīng)急演練 iPESS在云計算技術(shù)的支持下，可以實現(xiàn)油氣站庫系統(tǒng)的完全動態(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，實現(xiàn)系統(tǒng)對各崗位人員的理論與操作培訓(xùn)。同時可以依靠云的計算能力調(diào)度功能，模擬生產(chǎn)事故，進行應(yīng)急預(yù)案的演練。 4 結(jié)束語 　　iPESS既是油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iProd的重要組成部分，也可以作為獨立的油氣生產(chǎn)局部物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為老場站升級改造提供技術(shù)方案，由于其先天的物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)，后期可以無縫接入油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iProd系統(tǒng)中。