曹文琛 劉昊 吳志峰

國家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道公司

摘  要：從國家管網(wǎng)集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略定位看，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與企業(yè)數(shù)據(jù)挖掘和服務(wù)業(yè)務(wù)的融合將會(huì)變得愈加緊密。油氣管道智能化建設(shè)進(jìn)程中，數(shù)據(jù)資源的有效管控與使用成為關(guān)鍵。通過在中緬原油管道試點(diǎn)建設(shè)工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，探索適用于油氣管道工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享體系，構(gòu)建企業(yè)級(jí)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，明確了后續(xù)工業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)企業(yè)級(jí)信息化思路。

關(guān)鍵詞：油氣管道；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)共享；數(shù)據(jù)物流；中緬原油管道

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)智能化發(fā)展的必然趨勢(shì)。油氣管道智能化運(yùn)行管理離不開基于工業(yè)數(shù)據(jù)分析的大量智能應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，數(shù)據(jù)資源將成為企業(yè)最重要的資本之一，工業(yè)數(shù)據(jù)的有效利用將成為運(yùn)營管理的核心[1-3]。

1 油氣管道工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

1.1 工業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理需求

油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行涉及大量的工業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的信息化系統(tǒng)建設(shè)采用自底向上“煙囪式”架構(gòu)，使得工業(yè)數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一集中調(diào)用。管道智能化建設(shè)進(jìn)程中，各類智能應(yīng)用都需要數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)和支撐，單純依靠SCADA系統(tǒng)作為工業(yè)數(shù)據(jù)的來源和管理平臺(tái)，一是數(shù)據(jù)覆蓋程度不足，二是響應(yīng)能力有限，數(shù)據(jù)利用率不高，容易形成“信息孤島”。油氣管道工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，必須在克服傳統(tǒng)自控系統(tǒng)建設(shè)問題的基礎(chǔ)上，提升數(shù)據(jù)應(yīng)用和分析能力。

1.2 工業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用需解決問題

為更好地推進(jìn)智能管道建設(shè)，構(gòu)建新的油氣管道工業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用體系，真正達(dá)到油氣管道行業(yè)智能管理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)目標(biāo)，油氣管道工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)應(yīng)當(dāng)有針對(duì)性地解決傳統(tǒng)信息化建設(shè)模式下遺留的問題。

（1）數(shù)據(jù)安全問題。在保證不影響數(shù)據(jù)源和符合相關(guān)安全規(guī)范的前提下，保障數(shù)據(jù)安全。解決方案是：對(duì)油氣管道工業(yè)專網(wǎng)的邊界進(jìn)行數(shù)據(jù)流向控制，同時(shí)結(jié)合國家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（2）穩(wěn)定傳輸問題。應(yīng)用系統(tǒng)提取需要的數(shù)據(jù)時(shí)，不能破壞數(shù)據(jù)源設(shè)備的穩(wěn)定傳輸。解決方案是：制定數(shù)據(jù)訪問和采集不互相干擾的技術(shù)路線。

（3）接入可擴(kuò)展問題。可以容納更多用戶并發(fā)訪問。解決方案是：采用分布式架構(gòu)，系統(tǒng)可以通過多級(jí)DNS，無限復(fù)用IP地址，按需自由進(jìn)行接入能力擴(kuò)展。

（4） 投資經(jīng)濟(jì)問題。應(yīng)能夠在硬件設(shè)施和平臺(tái)軟件上盡可能依托于原有設(shè)施，控制新增硬件投入。解決方案是：依托現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施；同時(shí)通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，各應(yīng)用系統(tǒng)將無需單獨(dú)連接設(shè)備。

2 工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享體系探索

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性對(duì)于企業(yè)智能化管理具有重要意 義。目前國內(nèi)主要油氣管道常用的可編程邏輯控制器（PLC）對(duì)數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求響應(yīng)的上限僅為五臺(tái)設(shè)備。后期再增加應(yīng)用需求，因?yàn)檎?qǐng)求頻率和響應(yīng)優(yōu)先權(quán)等問題，會(huì)對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行帶來隱患和風(fēng)險(xiǎn)[4-6]。

為更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，引入“數(shù)據(jù)物流”這一概念。類比電信交換和現(xiàn)代物流的思路，形成工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享體系。

2.1 “數(shù)據(jù)物流”與電信交換對(duì)比

電信交換過程即建立應(yīng)用與數(shù)據(jù)源的“連接”關(guān)系。“數(shù)據(jù)物流”與電信交換技術(shù)具有相似性。當(dāng)用戶需要從站場(chǎng)取得數(shù)據(jù)時(shí)，用戶向共享系統(tǒng)管理中心（即“工業(yè)電信局”）發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，管理中心審核用戶權(quán)限，進(jìn)行授權(quán)，管理中心發(fā)送用戶驗(yàn)證信令至站場(chǎng)，站場(chǎng)獲取信令后，打通用戶與站場(chǎng)的鏈路，讓用戶取得站場(chǎng)數(shù)據(jù)。

從圖 1（a）（b）兩部分對(duì)比可以看出，（a）中用戶相當(dāng)于（b）中用戶1，（a）中共享系統(tǒng)管理中心相當(dāng)于（b）中電信局，（a）中站場(chǎng)相當(dāng)于（b）中用戶2。

2.2 “數(shù)據(jù)物流”與現(xiàn)代物流對(duì)比

“數(shù)據(jù)物流”與現(xiàn)代物流行業(yè)也具有一定的相似性。“數(shù)據(jù)物流”的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)源向應(yīng)用傳遞數(shù)據(jù)服務(wù)。其他系統(tǒng)的應(yīng)用需要從站場(chǎng)取得數(shù)據(jù)時(shí)，用戶向共享系統(tǒng)管理中心（即數(shù)據(jù)物流管理中心）發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，管理中心對(duì)應(yīng)用審核、授權(quán)，同時(shí)發(fā)送授權(quán)通知至站場(chǎng)，站場(chǎng)獲取通知后可打包相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至應(yīng)用。

圖 2（a）（b）兩部分對(duì)比了“數(shù)據(jù)物流”與現(xiàn)代物流的典型場(chǎng)景（送餐流程）。可以看出，數(shù)據(jù)物流和現(xiàn)代物流除了運(yùn)輸對(duì)象有所區(qū)別，其他方面非常相似。（a）中的應(yīng)用相當(dāng)于（b）中的用戶，（a）中的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)管理中心相當(dāng)于（b）中的點(diǎn)餐平臺(tái)，（a）中的站場(chǎng)相當(dāng)于（b）中的商家。

3 工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享體系實(shí)踐

3.1 系統(tǒng)建設(shè)

西南管道公司以中緬原油管道（國內(nèi)段）站場(chǎng)為試點(diǎn)，建設(shè)了中緬原油管道工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，形成西南管道公司自有的工業(yè)數(shù)據(jù)共享管理系統(tǒng)。該 系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，不設(shè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，以“去中心化”的方式將站場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)；同時(shí)，應(yīng)用“詢問—應(yīng)答”工作機(jī)制，為站場(chǎng)的工業(yè)設(shè)備提供端到端的鏈路管理，可以根據(jù)不同應(yīng)用對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)的需求，有針對(duì)性地提供數(shù)據(jù)服務(wù)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：減輕企業(yè)數(shù)據(jù)中心的壓力；通過統(tǒng)一平臺(tái)向各應(yīng)用提供運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免設(shè)備本體的應(yīng)答沖突；通過設(shè)置不同的訪問權(quán)限，可以達(dá)到不同范圍的數(shù)據(jù)應(yīng)用。 圖 3所示為工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向示意圖。

3.2 平臺(tái)建設(shè)

根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向和數(shù)據(jù)共享管理的需求，設(shè)計(jì)了中緬原油管道工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)平臺(tái)。平臺(tái)總體架構(gòu)包括站場(chǎng)端及中心端（圖 4）。

在站場(chǎng)端部署分布式節(jié)點(diǎn)服務(wù)器作為站場(chǎng)節(jié)點(diǎn)，通道管理的分布式節(jié)點(diǎn)服務(wù)器通過網(wǎng)閘及前置服務(wù)的分布式節(jié)點(diǎn)服務(wù)器采集站場(chǎng)SCADA數(shù)據(jù)。在站場(chǎng)端使用的網(wǎng)閘是單向隔離網(wǎng)閘，隔離SCADA系統(tǒng)和其他應(yīng)用系統(tǒng)， 確保數(shù)據(jù)安全性。所有SCADA和非SCADA數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在通道管理的分布式節(jié)點(diǎn)服務(wù)中，其他系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)均從此分布式節(jié)點(diǎn)服務(wù)中獲取，確保了傳輸穩(wěn)定性。站場(chǎng)節(jié)點(diǎn)可部署多個(gè)，通過中心配置權(quán)限，確保接入的可擴(kuò)展性和投資經(jīng)濟(jì)性。

中心端布設(shè)在成都分控中心，可以看到各站場(chǎng)數(shù)據(jù)和調(diào)度權(quán)限等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮將來其他管道站場(chǎng)、閥室、穿跨越數(shù)據(jù)點(diǎn)接入平臺(tái)的需求，預(yù)留了充裕的接入空間。

3.3 實(shí)踐成果

通過中緬原油管道工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐，探索出了一條油氣管道智能化建設(shè)數(shù)據(jù)應(yīng)用的可行之路，形成了一套適用于油氣管網(wǎng)的工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享體系，由此解決了傳統(tǒng)的信息化系統(tǒng)建設(shè)在實(shí)施工業(yè)物聯(lián)方面的缺陷，確保了油氣管道工業(yè)數(shù)據(jù)的安全傳輸、共享與管理。

（1）思路上——系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)與應(yīng)用系統(tǒng)解綁。數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)只采集設(shè)備源數(shù)據(jù)，確保提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)具有普適性。各應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)不同應(yīng)用的 需求，提取后自行分析，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與具體應(yīng)用 的解綁。

（2）模式上——形成經(jīng)濟(jì)可靠的“數(shù)據(jù)物流”。實(shí)現(xiàn)中緬原油管道（國內(nèi)段）站場(chǎng)數(shù)據(jù)的全數(shù)據(jù)歸集和全信道管理，工業(yè)數(shù)據(jù)一次采集、多方共享、分布存儲(chǔ)、虛擬集中和按需調(diào)用，提高了數(shù)據(jù)的利用效率，減輕了設(shè)備的響應(yīng)壓力，同時(shí)降低數(shù)據(jù)中心化存儲(chǔ)的成本。

（3）技術(shù)上——實(shí)現(xiàn)安全的跨域數(shù)據(jù)服務(wù)。形成了“不同安全等級(jí)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)隔離方法與裝置”發(fā)明專利[7]；對(duì)于重要設(shè)備或應(yīng)用，建立接入鏈路時(shí)，可以配置具體的安全措施，確保跨域鏈接安全實(shí)現(xiàn)。

4 應(yīng)用展望

未來區(qū)域性工業(yè)數(shù)據(jù)的集中將有助于搭建公司級(jí)工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，建設(shè)形成企業(yè)的工業(yè)物聯(lián)專網(wǎng)[8,9]。工業(yè)物聯(lián)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)將能夠?yàn)楣�司�?jí)工業(yè)數(shù)據(jù)的信息化應(yīng)用建設(shè)，提供架構(gòu)思想和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來源。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備智能化發(fā)展趨勢(shì)，數(shù)據(jù)共享平臺(tái)可以升級(jí)使用集成性功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，進(jìn)一步降低設(shè)備的投資成本和運(yùn)維成本。

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作者簡(jiǎn)介：曹文琛，工程師，1987年生，現(xiàn)主要從事長(zhǎng)輸油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行信息化相關(guān)技術(shù)研究。聯(lián)系方式： 18108890769， 547757761@ qq.com。