1 引言 　　油氣田場站工況采集控制優(yōu)化系統(tǒng)iPESS作為油氣生產物聯(lián)網(wǎng)iProd的重要組成部分是面向油氣生產處理操作過程的成套采集控制系統(tǒng)，通過自動化、信息技術與站場生產的融合，緊緊圍繞生產運行管理，提高生產操作每個單元的自動化程度，實現(xiàn)優(yōu)化生產運行，在站內設置站控系統(tǒng)，完成站內計量、集輸、注水、給排水等工藝系統(tǒng)主要生產運行參數(shù)的集中監(jiān)測及優(yōu)化控制，并完成所屬井場和站內重點部位的音視頻數(shù)據(jù)監(jiān)控，保證油氣生產處理持續(xù)、穩(wěn)定、高效的運行[1][2]。 2 油氣生產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領域存在的主要問題如下： （1）油氣場站自動化系統(tǒng)一般針對單一生產單元進行設計，各單元之間協(xié)調性與互動性不強[3]； （2）儀表設備與傳輸網(wǎng)絡自身狀態(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)資產價值發(fā)揮程度有限； （4）油氣田場站相關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物聯(lián)網(wǎng)技術的油氣田場站工況采集控制優(yōu)化系統(tǒng)iPESS的研究與設計。 3 iPESS系統(tǒng)功能構架設計 　　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)的三層結構設計總體框架如圖1所示：

圖1 iPESS總體框架

3.1 感知層 　　場站生產相關信息的全面感知：生產相關人員、車輛、物資信息的實時采集（PDA、GPS、RFID）；實現(xiàn)管網(wǎng)、場庫內各個生產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。 　　在傳輸層與設備層之間通過WebAccess軟件作為物聯(lián)網(wǎng)設備與網(wǎng)絡管理平臺進行設備狀態(tài)、數(shù)據(jù)質量以及網(wǎng)絡運行狀態(tài)的實時監(jiān)管。實現(xiàn)設備即插、即入、即用、互聯(lián)、互通、互換；油氣生產相關人員與系統(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 應用層 　　iPESS基于面向油氣企業(yè)的云技術（企業(yè)私有云），采用可擴展、開放式設計理念將油氣田場站各生產單元相關的軟件技術與管理應用（含第三方軟件模塊接口）整合在一個綜合應用平臺上實現(xiàn)統(tǒng)一管理、信息融合、智能設計、遠程控制、指揮調度。

圖4 iPESS應用基礎平臺

在基礎平臺支持下主要實現(xiàn)以下應用功能： （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，自動學習優(yōu)化正常運行狀態(tài)下工藝參數(shù)范圍，并設置預警報警界限，從而在異常情況下實現(xiàn)自動報警預警和運行參數(shù)的調整優(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，控制對應的調節(jié)閥和變頻調速器，從而實現(xiàn)自動倒井計量；摻水恒溫控制、遠程調節(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）工況預測與故障預警 在數(shù)據(jù)挖掘技術與相關專家系統(tǒng)的支持下，通過場站仿真模型，iPESS可以實現(xiàn)場站單元重點設備的仿真運行，并在此基礎上實現(xiàn)工況預測以及故障預警。 （6）生產指揮調度 在場站生產相關人員與設備之間實現(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、智能地實現(xiàn)優(yōu)化指揮調度。 （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、修改設定值、通信口切換、啟停計算機、報表打印等，均被記錄并設置專門的查詢畫面，記錄內容至少應包括時間、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的區(qū)域內進行操作，嚴禁跨區(qū)域進行操作。 （9）崗位培訓與應急演練 iPESS在云計算技術的支持下，可以實現(xiàn)油氣站庫系統(tǒng)的完全動態(tài)仿真建模，通過虛擬化技術在不影響正常生產的前提下，實現(xiàn)系統(tǒng)對各崗位人員的理論與操作培訓。同時可以依靠云的計算能力調度功能，模擬生產事故，進行應急預案的演練。 4 結束語 　　iPESS既是油氣生產物聯(lián)網(wǎng)iProd的重要組成部分，也可以作為獨立的油氣生產局部物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為老場站升級改造提供技術方案，由于其先天的物聯(lián)網(wǎng)本質，后期可以無縫接入油氣生產物聯(lián)網(wǎng)iProd系統(tǒng)中。