面向智能化油田的物聯網特色實驗室建設

易 軍,周 偉,張元濤

(重慶科技學院電氣與信息工程學院,重慶 401331)

面向智能化油田的物聯網特色實驗室建設

易 軍,周 偉,張元濤

(重慶科技學院電氣與信息工程學院,重慶 401331)

針對高校的物聯網實驗室主要是智慧城市類實驗室,選題單一、缺乏特色的問題,以建設面向智能化油田的物聯網特色實驗室為例,將智慧工業物聯網技術的綜合性、智能性特點集中體現出來,為高校建立特色實驗室提供了新的思路。建設面向智能化油田的物聯網特色實驗室,有助于培養既有石油行業專業知識,又具有工程師基本素質的應用型專門人才和特色人才。

物聯網;實驗室建設;智能化油田;數字化油田

目前,物聯網技術已成為信息產業領域未來競爭的制高點和產業升級的核心驅動力。以數字化油田為代表的物聯網技術正在我國大慶、勝利、大港等各大油田大力推廣應用[1-2],該技術大幅度提高了油氣采收率和產量,大大擴展了石油工業的發展空間[3-5]。在建設數字化油田過程中,需要大量能夠綜合應用信息知識的人才;而油田在從數字化向智能化發展的過程中,還有許多前沿科學問題亟待解決[6-7],迫切需要建立面向智能化油田的物聯網實驗室。

1 物聯網特色實驗室建設的困境

為了滿足物聯網熱潮帶來的人才需求,目前許多大學都開設了物聯網工程本科專業[8]。作為支撐實驗教學環節的實驗室,除了無線傳感器網絡、射頻識別等基礎性實驗外,如何整合物聯網各種不同的技術,開設綜合性較強的實驗,已成為高校在實驗室建設中面臨的共同難題[9-10]。

根據物聯網的應用場合,大致可將其分為智慧城市和智慧工業兩大類。目前高校的物聯網特色實驗室主要是智慧城市類,如智能家居、環境監測等方面。該類實驗室技術集成度低,并非物聯網技術的主要應用領域[11-12]。高校的智慧工業類物聯網實驗室非常少,此類特色實驗室的嚴重缺失,影響了高校培養物聯網工程人才的質量,限制了為地方經濟和國家新興戰略產業服務能力的提升,束縛了高校物聯網工程專業的特色發展。因此,建設智慧工業類的物聯網工程特色實驗室目前顯得非常迫切和必要,已經成為專業建設的當務之急。

2 建設面向智能化油田的物聯網特色實驗室的意義

數字化油田系統是以系統集成、信息共享、分布式網絡、安全穩定的數據為宗旨,以信息技術為支撐,以油田信息為數據源,以互聯網為傳輸媒介,以管理決策和信息共享為目標的現代化油田信息管理系統。以數字化油田和智能化油田為智慧工業的代表,建設物聯網特色實驗室,不但可以緊密聯系地方信息產業,服務于石油天然氣、石化等行業,還面向物聯網工程領域,培養具有工程師基本素質和行業背景的高級應用型本科人才。該類實驗室的建成,將大大拓展本專業畢業生的就業目標,為智慧城市和智慧工業培養應用型物聯網工程師,為社會輸送物聯網工程專業人才,促進石油等工業的信息工程技術,特別是物聯網工程應用技術的發展,為地方經濟建設服務。

3 智能化油田物聯網實驗室建設方案

根據人才培養目標,在前期深入調研論證的基礎上,通過油井工況智能感知與控制綜合實驗室等4個模塊的建設(如圖1所示),形成具有特色的物聯網工程實驗室。

圖1 智能化油田物聯網工程實驗室的構成

3.1 油井數據采集與控制綜合實驗室

油井數據采集與控制綜合實驗室通過傳感、視頻等通信網絡技術,對油氣水井、計量間、油氣站庫、儲運管道等生產對象進行全面的感知,實現生產數據、設備狀態信息在生產指揮中心及生產控制中心的集中管理和控制。通過智能遠程終端控制系統(remote terminal unit,RTU)進行生產現場數據的采集和傳送,實現無人值守監控和對油氣水井、計量間、油氣庫站、儲運管道的安防監控。

該實驗室采用先進的集散控制系統,綜合運用計算機技術、工業控制技術、網絡數據同步通信技術等,實現了關鍵部位的生產參數自動采集與超限報警、重點區域的可視化遠程監控及自動化控制,并與其他子系統形成安全、穩定的信息共享平臺,實現生產全過程自動控制和信息資源的同步共享。

該實驗室承擔物聯網工程、計算機科學與技術、自動化、測控技術與儀器等專業的“無線傳感器網絡”、“單片機原理及應用”、“嵌入式體系結構與接口技術”、“自動化儀表與裝置”、“自動檢測技術”、“計算機測控系統”、“數字信號處理”、“計算機控制技術”等專業課程的實驗,是課程設計、綜合訓練和實習的基地;承擔嵌入式、電子設計、儀器儀表類的賽課計劃、學科競賽和大學生創新項目,培養學生的團隊意識和創新精神;承擔儀表維修工的培訓與考核工作,使學生在畢業時除了獲得畢業證書之外,還能獲得行業資格證書。

3.2 井場綜合組網與傳輸綜合實驗室

井場綜合組網與傳輸綜合實驗室主要進行光傳輸、有線、無線和衛星通信一體化的實驗研究,適合油田的典型生產環境,可實時采集井場各類數據,高可靠、不中斷地傳送,將物聯網生產管理系統、生產指揮調度系統、辦公系統通過數據承載網絡互聯互通。考慮到學校已有的網絡基礎,實驗室將重點放在井場接入層和站場匯聚層的建設上,而各采油礦匯聚層和采油廠傳輸層,可以利用已有的網絡實驗室設備替代。在井場接入層建設中,除了先進的有線網絡和設備外,考慮到油田所在地往往具有地理位置的特殊性,并且受到客觀條件的限制,生產現場與監測中心之間的通信主要為井場無線傳感器接入方案。

該實驗室承擔“無線傳感器網絡”、“計算機網絡”、“網絡協議”、“TCP/IP網絡程序設計”、“綜合布線”、“網絡系統集成”、“無線局域網”、“移動通信”課程的實驗和網絡方向綜合實訓,以及畢業設計、賽課計劃和創新實驗等環節的教學任務。

3.3 油井生產信息管理與處理實驗室

油井生產信息管理與處理實驗室采用高效、安全的B/S四層架構體系,將信息管理系統模塊化,建立生產監控管理、數據分析、設備管理、遠程控制、告警服務、GIS監控與服務等模塊,實現油田生產管理自動化和智能化。

實驗室按照數據存儲層、業務引擎層、業務邏輯層、表現層四層架構模式進行設計開發。系統采用基于SOA(service-oriented architecture)的架構體系進行設計,以服務的形式完成與外部系統相關業務功能的集成,包括對已有代碼進行重用來快速部署新功能,提高對業務需求的反應速度,降低開發和維護成本。在核心網絡機房建立數據中心,采用云計算技術,建立云存儲數據中心,提高系統的訪問性能和系統的安全性,并在網絡中部署相應的數據采集服務、后臺運算處理服務、報表開發應用等。

該實驗室承擔“云計算與物聯網”、“面向對象設計方法”、“數據庫原理與應用”、“NET高級編程”、“計算方法”、“MATLAB程序設計”等課程的實驗教學,同時將承擔相關科研任務,為原油的開采與生產過程提供統一的模型與數據結構,并通過SCADA系統可靠地實現數據自動采集存儲與上報和生產流程的自動控制。數據采集主要使用設施模型和流體數據模型,形成流量報告模型,用于日常生產數據的上報、歷史數據的查詢以及生產流程的監控與優化,實現設備運行預測、產量預測分析與預警。

3.4 油田生產業務協同實驗室

油田作業區通常分散在野外。當油田發生生產事故或受到安全威脅時,需要基于無線集群的應急指揮調度中心作出快速的應急響應,還需要提供應急指揮車和單兵系統,使應急救援適應油田野外惡劣的環境;當遭遇無線和有線通信故障的時候,要能夠通過衛星通信來保證指揮調度正常進行;在很多情況下,還需要實現超遠距離無線通信覆蓋以滿足油田通信需求。

油田生產業務協同實驗室建成后將實現即時通信、生產調度、應急指揮、人員車輛定位、視頻監控、視頻會議的一體化,使突發事件可控可管、多方聯動協作,保證生產運行。

油田生產業務協同實驗室將承擔“TCP/IP網絡程序設計”、“無線局域網”、“移動通信”、“物聯網安全”、“數字圖像處理”、“RFID技術”等課程的實驗教學以及課程設計、綜合訓練和賽課計劃、學科競賽、大學生創新項目等。

4 結束語

由于人才培養與社會實際需求脫節,造成很多本科生畢業之后還需要接受相當長時間的崗位培訓,增加了企業負擔。智能化油田物聯網特色實驗室有利于促進專業建設、教材建設和實踐教學平臺的建設,有利于深化實踐教學內容和教學方法的改革。通過特色實驗室的建設,學生將在實驗室對石油行業先進的數字化及智能化的油田系統、裝備進行模擬和實戰,通過系統的專業化培養和訓練,成為既有石油行業背景知識,又有工程師基本素質的應用型專門人才。

References)

[1]喻曉林,周宇君.長慶油田數字化建設管理[J].中國石油和化工標準與質量,2011(9):14-16.

[2]徐海濤,郭燕.青海油田數字化建設現狀及展望[J].青海石油,2012 (1):34-36.

[3]呂瓊瑩,劉晗,王曉博,等.國內外數字化油田發展戰略與技術途徑[J].長春理工大學學報,2011(10):15-18.

[4]沐峻丞,檀朝東,黃晶濤.運用物聯網技術構建數字化油田[J].中國石油和化工,2010(9):53-55.

[5]劉凱.基于物聯網技術的數字化油田建設[J].中國石油和化工標準與質量,2012(7):85-86.

[6]王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報,2009,23 (12):1-7.

[7]王群.物聯網體系結構研究及模擬實驗平臺的組建[J].實驗技術與管理,2010,27(10):178-181.

[8]李盧一,鄭燕林.物聯網在教育中的應用[J].現代教育技術,2010, 20(2):8-10.

[9]黃崢,古鵬.物聯網實驗室建設研究與探討[J].實驗技術與管理, 2012,29(2):191-195.

[10]海濤,王鈞,廖煒斌,等.基于物聯網的高校實驗室信息化管理技術[J].實驗室研究與探索,2012,31(9):166-169.

[11]林莉,陳麗麗.高校物聯網實驗室建設規劃[J].長春理工大學學報,2012,7(4):23-25.

[12]歐亞軍.高職院校物聯網實驗室建設探討[J].無線互聯科技,2012 (8):29-30.

Construction for features laboratory of Internet of things oriented intelligent oilfield

Yi Jun,Zhou Wei,Zhang Yuantao
(College of Electronic&Information Engineering,Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331,China)

In many colleges and universities,many laboratories of Internet of things are constructing.These laboratories about the smart city have no features and lack of connotation.Taking the digital oilfield as an example of this smart industry,this paper centralizes to reflect integrated and intelligent features.The digital oilfield provides a guideline to establish a specialty laboratory for colleges and universities.To construct specialty laboratories oriented intelligent oilfield can help university provide talents who have not only industrial background knowledge of the oil industry,but also engineering ability of Internet of things.

Internet of things;laboratory construction;intelligent oilfield;digital oilfield

G642

B

1002-4956(2014)5-0249-03

2013-09-06

重慶市高等教育教學改革研究重點項目(132018);重慶科技學院本科教育教改項目(201206)

易軍(1973—),男,重慶,博士,副教授,研究方向為智能控制.

E-mail:laoyifrcq＠163.com