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★四川安控科技股份有限公司畢振飛，趙衛(wèi)蕊

1　引言

2024年中國政府工作報告將“大力推進現代化產業(yè)體系建設，加快發(fā)展新質生產力”列為政府工作十項任務之首，“開展數字化轉型、發(fā)展新質生產力”將成為企業(yè)戰(zhàn)略核心。油氣企業(yè)自身也把提高發(fā)展質量和效益效率作為目標，借助數字化、智能化工具加快數字化轉型和智能化發(fā)展、優(yōu)化生產組織模式，實現勞動用工大幅減少、效益效率顯著提升。安控科技作為自動化領域的領軍企業(yè)，充分利用物聯網、大數據、AI等新技術，借助E-IIP工業(yè)互聯網平臺融合各方要素，發(fā)力改造提升油氣等傳統(tǒng)產業(yè)，促進企業(yè)全要素生產率的智能化躍升。

2　油氣生產管控需求分析

2.1　生產運行智能管控

油氣行業(yè)數字化轉型核心切入點是基于物聯網的生產現場智能化。生產現場智能化以“產量+安全”為核心，打造細分業(yè)務閉環(huán)，實現業(yè)務點、線、面的有效串聯，構建生產運行一體化管理模式，以安控科技為例，實現了以上目標，具體如下。

（1）生產監(jiān)控閉環(huán)管理

以DCS、SCADA監(jiān)控為基礎，提升生產運行工況預警能力，建立與預警問題配套的工況處理、應急預案知識庫，打通線上運維處置流程及應急聯動控制通道，實現生產監(jiān)控規(guī)范化、安全化管理。

（2）智能管控閉環(huán)管理

在生產監(jiān)控閉環(huán)基礎上，從智能巡檢、報警管理、產量調整、產品收益優(yōu)化等維度提升生產運行管理能力，實現運行管理少人干預、量化管控、產量與效益動態(tài)均衡。

（3）自動油氣閉環(huán)管理

在智能管控閉環(huán)基礎上，結合地質條件、油氣藏動態(tài)、單井生產動態(tài)、管網集輸動態(tài)等信息，實現按生產單位或油氣田區(qū)域的智能配產、配注、調產聯動管理。

2.2　生產運行決策管理

（1）數據資產管理

生產單位數據種類繁多、數據量大且分散，需加大數據治理力度，建立數據資產化管理體系，明確數據采集和管理職責，制定統(tǒng)一數據標準，搭建統(tǒng)一數據管理平臺，實現數據資產化、集中化、平臺化管理，確保數據及時性、準確性和完整性，提高數據集成共享能力，充分挖掘數據價值，夯實數字化基礎。

（2）生產運維管理

生產運維方面，一是由之前的粗放式、被動式管理模式，轉變?yōu)橹鲃踊藴驶芾砟Ｊ剑a運維管理流程更加規(guī)范，崗位職責更加清晰，管理效率大幅提升；二是建立基于預測性維護的動態(tài)運維機制。

（3）生產運行管理

按照生產單位運行管理的不同業(yè)務場景，定制開發(fā)生產監(jiān)控概況、生產動態(tài)跟蹤、重要事件匯總、生產調度協調、能源管控等功能模塊，實現日常生產運行業(yè)務的線上管理。

2.3　一體化管控平臺

為提高生產運行管理效率和決策能力，需要面向生產管理相關業(yè)務，搭建一體化管控平臺，建立“可視、可控、可析、可優(yōu)、可溯”的專業(yè)化油氣田綜合管理體系。平臺將是跨網絡、跨業(yè)務的多系統(tǒng)融合平臺。

3　應用于油氣生產管控的工業(yè)物聯網平臺

3.1　安控E-IIP平臺簡介

安控科技作為國內數字化油氣田解決方案領域的領軍企業(yè)，依托油氣田行業(yè)多年的服務經驗與知識產品，自主研發(fā)擁有完全知識產權的工業(yè)互聯網平臺——E-IIP（Etrol Intelligence Information Platform）。

安控E-IIP工業(yè)互聯網平臺是基于工業(yè)場景構建的PaaS級平臺，是構建油氣田行業(yè)全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈連接的樞紐，是實現油氣田數字化、網絡化、智能化過程中資源配置的核心，擁有安全監(jiān)控、工業(yè)數據管理、工業(yè)數據分析、云技術應用以及移動性等眾多符合油氣田行業(yè)實際場景的解決方案，滿足行業(yè)內不同類型企業(yè)的生產運營需求，建構行業(yè)應用生態(tài)，賦能機器、場站、油田智能化。

3.2　設計目標

基于油氣物聯網建設，搭建油田統(tǒng)一管控平臺，打通數據采集、存儲與應用全鏈路，實現數據互聯互通、業(yè)務分層應用，促進安全生產與智能管控，支撐生產現場無人值守及勞動組織模式變革。

3.3　平臺架構

本平臺采用分布式架構，具有高擴展性，支持系統(tǒng)集成、業(yè)務協同，如圖1所示。

圖1 平臺架構圖

4　解決方案

4.1　實時數據采集與匯聚管理

基于物聯網采集的實時數據，是油氣生產監(jiān)控管理與指揮決策的基礎，也是業(yè)務協同分析的數據源。安控科技通過對海量實時數據進行統(tǒng)一管理，可以幫助用戶構建智能應用數據底座。

通過適配現場各類設備，實現數據穩(wěn)定高效采集。支持多源實時數據（RTU、PLC、DCS、SCADA等）的匯聚存儲及計算管理，一是降低頻繁調用監(jiān)控系統(tǒng)配套實時庫的訪問壓力；二是數據完整性、時效性、穩(wěn)定性、規(guī)范性得到保障。

提供實時數據采集管理、入庫實時數據查詢管理、實時數據指標計算等功能，具備實時數據接入、分析、計算能力。

4.2　智能分析平臺

（1）智能報警預警

基于分布式與流計算的海量數據分析能力，構建生產預警場景。面向油氣生產運行異常工況和儀表設備故障，進行智能預警分析。一方面，構建全工藝流程預警預測方法，實現由簡單閾值報警向高級工況預警的跨越，報警信息價值越來越高。另一方面，注重物聯網儀表故障診斷分析，夯實數據基礎，提升數據質量，降低數據異常帶來的生產風險。

（2）視覺智能分析

基于AI算法，應用檢測、識別和跟蹤等視覺模式識別技術，對監(jiān)控區(qū)域中的人、車、物、行為進行智能分析和判斷，并進行預報警，實現油氣田現場風險高效管控，并輔助生產管理決策。在通用算法模型基礎上，通過場景化模型定義，提升實用性。通過緊密結合生場景，提升生產安全。

（3）多源報警融合管理

基于多源融合的先進報警管理，打破報警系統(tǒng)間相互孤立局面，以DCS、SCADA、視頻分析以及其它報警系統(tǒng)的與生產預警相關的診斷分析結果為數據源，實現所有預警結果的集中管理。基于EEMUA191/ISA18.2國際標準，對報警預警數據進行挖掘分析，開展預警信息多維統(tǒng)計分析，突出重點報警，解決報警泛濫、無效報警等問題，實現報警優(yōu)化與健康度評價。

4.3　生產管控平臺

支持多業(yè)務、跨系統(tǒng)的功能融合，為企業(yè)提供涵蓋生產監(jiān)控、生產優(yōu)化、生產決策的多節(jié)點、多層級應用。安控科技通過構建生產運行智能管控模式，助力油田智慧化建設。

（1）分級監(jiān)控

生產監(jiān)控不再是常規(guī)遠程監(jiān)測和控制業(yè)務的單一應用或簡單集成，更重要的是圍繞“穩(wěn)產增產、穩(wěn)定安全”目標，探索信息化助力油氣生產業(yè)務場景，設計全棧國產信創(chuàng)一體化大監(jiān)控模式（跨崗位與部門、跨網絡與平臺）。

油氣物聯網平臺是系列應用場景的一體化串聯、分層化應用平臺。

圖2 生產智能管控云平臺

·建立多級平臺間實時數據獲取機制、數據同步機制、狀態(tài)監(jiān)管機制，保證數據、狀態(tài)、功能的一致性。

·提供高可配置性功能，滿足橫向差異性需求（如各二級單位）、縱向差異性需求（各級平臺）。

（2）融合平臺

支持多業(yè)務、跨系統(tǒng)的功能融合，為企業(yè)提供涵蓋生產監(jiān)控、生產優(yōu)化、生產決策的多節(jié)點、多層級應用。

（3）業(yè)務協同

油氣生產環(huán)節(jié)多、業(yè)務鏈條長，存在著跨部門、跨業(yè)務領域的場景，及較高的業(yè)務協同需求。基于事務流程，可以實現在線跟蹤與工作留痕，強化過程管理及關鍵環(huán)節(jié)控制，提升協同工作效率。安控科技通過打通“監(jiān)控-報警-處置-反饋”全流程，實現生產異常閉環(huán)管理。基于流程驅動的工單管理，覆蓋了工單創(chuàng)建、工單分派、工單接收、工單處理、工單動態(tài)跟蹤、工單評價全環(huán)節(jié)，實現工單全生命周期管理。

4.4　生產報表管理

（1）報表管理

提供一站式數據存儲、分析、展示解決方案。采用強大的數據訪問引擎，支持多種異構數據源。對于常規(guī)報表，提供可視化報表自定義機制，使用拖拉拽方式，即可實現零代碼配置報表。采用先進的任務調度管理系統(tǒng)，實現數據的自動獲取、同步、計算與統(tǒng)計。

（2）指標管理

從物聯網管理、設備管理、工藝管理、生產運行質量等維度進行生產運行KPI指標體系建模及量化評價，對考核指標偏低原因進行逐級分析，定位問題本源，提升生產運行管理水平。以指標為抓手實施質量管理，可以幫助管理層宏觀掌控生產運行管理現狀，進行變化態(tài)勢跟蹤分析。如通過建立地面工程關鍵技術指標項和算法，構建多級指標管理體系，關聯物聯網數據自動計算，輔助油田精細化管理能力提升。

5　關鍵技術

5.1　實時數據庫

該數據庫產品為安控科技所擁有完全自主知識產權，具有并發(fā)性、容錯性、分布式、實時等特性，保證了數據低時延。提供了多種接口支持數據共享。

同時，根據油氣業(yè)務特點和需求，進行深度融合與適配。建立了基于油田對象化概念的數據模型，支持自定義復雜建模；支持功圖等大字段數據采集存儲，無需額外配置關系庫；對于生產現場控制，支持自定義邏輯的流程控制。

5.2　組態(tài)繪制與管理

采用基于可視化組態(tài)編輯引擎，支持組態(tài)在線繪制、編輯與管理，實現所見即所得。組態(tài)繪制采用SVG矢量圖繪制技術，自適應屏幕大小，縮放不失真。

5.3　智能預警

針對不同業(yè)務場景，預警模型涉及參數、時間尺度各異，為準確描述預警模型，安控定義了一套模型定義語言，同時提供了一套可視化編輯界面，實現了模型靈活配置與擴展。

預警計算采用了基于流式計算的高并發(fā)數據運算技術，一是提升基于實時數據的生產預警預測響應能力，確保第一時間發(fā)現生產異常；二是避免因計算量過大造成漏報警、系統(tǒng)服務器崩潰現象發(fā)生，提高生產預警預測連續(xù)可靠性。

另外，預警模型采用熱部署機制，支持技術人員自行調試模型，降低了運維成本。

5.4　可配置大屏展示

大屏可視化展示，具有高度的可配置性。支持配置布局方式、組件類型、圖表樣式、顏色等，以及配置交互功能、數據來源，從而實現豐富的展示效果。針對不同應用場景，可設計參觀、生產管理、應急指揮等多個數據駕駛艙。

5.5　云邊協同

基于業(yè)務場景，開展云邊協同機制和智能控制算法研究，實現云端支持監(jiān)控與控制策略管理、算法模型管理、實時監(jiān)控分析，邊緣端通過接收平臺下發(fā)的工業(yè)模型，進行邊緣智能化分析。應用場景包括：油井診斷分析、智能注水調水、智能間抽等。

5.6　流程管理

建立可視化的流程管理，支持流程定義與應用管理。在此基礎上，可開展工單管理、事項管理、指揮調度等業(yè)務應用。

6　應用效果

某采油廠通過搭建安控科技的E-IIP工業(yè)互聯網平臺，接入50萬點實時數據，建立了全廠監(jiān)控統(tǒng)一平臺，實現了覆蓋生產流程及業(yè)務單元的集中監(jiān)控。平臺投用后，在減少一線用工、保障生產安全、提高生產效率等方面發(fā)揮了重大作用。通過平臺應用和管理強化，有效報警率由42%提高到72%，一線員工無效跑井數量大幅降低。應用智能預警后，提高了生產異常響應及時性，縮短了隱患存在的時間，降低了事故發(fā)生頻率，年累計可減少產量損失7686噸，形成了有特色的預警管理模式，具有廣泛的推廣應用價值。

某采氣廠通過搭建安控E-IIP工業(yè)互聯網平臺，實現了跨網絡三級（作業(yè)區(qū)中控室、廠生產指揮中心、廠辦公網）生產監(jiān)控系統(tǒng)建設，數據采集頻率秒級，滿足廠級及各氣田遠程監(jiān)控的需要。同時，實現實時數據的有效共享，與已有軟件系統(tǒng)共同構建完整的業(yè)務分析與管理體系。

7　結語

隨著技術的飛速進步和不斷創(chuàng)新，智能油氣田技術的發(fā)展正在經歷從單一監(jiān)控或分析技術到全方位智能集成平臺的革命性轉變。展望未來，這種趨勢將進一步深化，推動油氣田行業(yè)進入全自動化、全數字化的智慧智能時代。在這一過程中，以安控科技E-IIP為代表的工業(yè)物聯網平臺將扮演至關重要的角色，其需求也將進一步上升。同時，平臺也會不斷提升自身的數據集成與AI分析能力、自動化控制與智能決策支持能力、虛擬現實/數字孿生與可視化技術，以及開放性與可擴展性等方面的能力，從而賦能油氣田數智化轉型，助力實現安全運行、智能管控、降本增效、綠色生產、可持續(xù)發(fā)展等目標。

摘自《自動化博覽》2024年6月刊