煉化物聯網系統的設計與實施

孫毅 馬超

[摘? ? 要] 十二五期間，隨著中石油勘探開發及煉油化工業務的發展，加之信息技術的深入變革，石油勘探及煉化領域為物聯網技術的應用打開了大門。在生產操作層面，實時獲取現場生產作業區，人員及車輛等各項現場數據信息，實現物與物，物與人，人與人的有效互聯互動，為企業精細管理、智能管理提供技術支撐。本文結合煉化物聯網項目在中國石油克拉瑪依石化有限責任公司的實施過程，介紹了煉化物聯網系統總體架構及總體設計與實現方法。

[關鍵詞] 物聯網技術;互聯互動;精細管理

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 17. 041

[中圖分類號] F270.7? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）17- 0101- 03

0? ? ? 前? ? 言

中國石油克拉瑪依石化有限責任公司按照中石油“統一規劃、統一標準、統一設計、統一投資、統一建設、統一管理”的原則，進行了煉化物聯網系統項目的組織和實施工作。煉化物聯網系統位于煉化生產過程控制層，起到了承上啟下的作用，向下主要采集基礎層的各類現場數據，實現聯人、聯物，建設基礎層面數據平臺。向上主要為上層生產運行等各專業應用系統提供現場數據支持。系統業務主要面向操作執行相關業務，覆蓋生產管理，安全管理和設備資產管理等，為企業實現精細管理提供重要支撐。

1? ? ? 物聯網項目背景

1.1? ?是落實國家發展戰略的需要

國家高度重視物聯網建設和應用，將物聯網列入七大戰略性新興產業之一，并于2012年2月發布了“物聯網十二五發展規劃”。物聯網技術應用是實現兩化深度融合的突破口。

1.2? ?是提高企業生產現場安全管控能力的需要

煉化物聯網建設以保障煉化生產現場安全、裝置穩定運行為目標，應用多種物聯網技術手段，建設服務于生產、設備、安全等業務領域的數字化現場管控平臺。

2? ? ? 物聯網項目目標

人的行為是安全生產、穩定運行的關鍵要素，因此本期試點應用建設，將首先對生產現場人員管控實現精細化管理，保障人員安全。具體目標如下：

協助企業完成覆蓋生產區的4G無線網絡建設，為后續智能化應用建設和泛在的前端儀表和設備數據采集提供網絡基礎。建設人員安全管理模塊，通過前端定位終端設備和后臺信息系統的應用，實現生產區屬地人員精細化管理。

3? ? ? 物聯網項目設計與實施

3.1? ?功能架構方案

系統主要功能包括數據采集、數據傳輸和人員安全管理模塊。

人員位置數據采集主要包括人員位置信息和現場報警信息。其中人員位置信息包括終端的經度、緯度、高度和終端ID的采集。現場報警信息采集包括人員長期靜止報警信息，人員進入危險區域報警信息的采集。

煉化物聯網傳輸層的基本功能是連接上層應用層與下層感知層，將采集層設備采集的數據傳輸至上層應用平臺。傳輸層建設主要包括：企業有線網、企業無線網、網絡管理三個子模塊傳輸層具備的主要功能包括無線接入、移動接入、準入控制、訪問控制、加密傳輸、配置管理、運行監控和記錄審計。

生產區人員安全管理是根據廠區人員攜帶的定位終端實時回傳的定位信息，對生產區內人員位置進行在線顯示，并通過異常報警、人員位置搜索、軌跡回放等功能，及時了解人員的安全狀態，以及在進行救援時提供指導和幫助，實現廠區人員的安全管理。生產區人員安全管理包括人員安全系統管理、基礎信息維護、定位終端管理、定位終端報警、人員定位、人員異常報警和電子圍欄進出管理模塊。其功能架構如圖1所示。

3.2? ?技術架構方案

3.2.1? ?數據采集方案

人員定位信息采集通過衛星定位模塊獲得經緯度，同時采用射頻識別技術，獲得所經過的標簽編碼信息，通過在后臺進行匹配獲取標簽所在位置的實際經緯度信息。如圖2所示。

3.2.2? ?數據傳輸方案

采用運營商4G無線網絡資源，通過VPN的方式，建設企業虛擬4G無線專網。采用雙網卡隔離服務器，實現數據從運營商網絡到企業內網的隔離與安全。具體的網絡接入方案如圖3所示。

圖3中，無線傳輸網采用運營商4G VPN虛擬專網方案，充分保護和利用現有網絡資源，同時通過VPN方式實現終端入網的虛擬通道和數據傳輸加密。現場數據經運營商接入專線、LNS路由器和防火墻后，接入企業核心交換機，并與煉化物聯網系統應用進行數據交互。

3.2.3? ?物理部署方案

基礎架構共部署2臺物理服務器、1臺網絡交換機、1臺防火墻、1臺LNS路由器;架構整體方案設計通過Hyper-V虛擬化滿足項目應用系統的部署;項目接入網絡、運營商4G專網通過防火墻設備的安全隔離與企業辦公網、應用系統進行數據訪問。

3.2.4? ?軟件技術方案

系統開發采用分層模式，是一種很常用且很重要的軟件體系結構模式，利用該模式不僅可以提高軟件系統的開發效率、縮短開發周期以及降低開發費用，而且可以提高系統的可維護性、可擴展性、可伸縮性、穩定性以及安全性。本項目技術開發架構采用分層模式，用戶通過瀏覽器訪問Web服務器（B/S），所有應用邏輯部署在服務器端，可分為：表現層、服務層、業務層、數據層。

3.3? ?人員安全管理系統功能

通過雙模定位技術及室內標簽輔助定位技術獲取終端的位置坐標，經企業4G專網接入中間件軟件進行數據處理與轉發，以支持網頁端的人員定位應用。系統還可及時探測人員主動呼救報警、長期靜止報警、人員越界報警等信息，并進行報警提示及響應 。

4? ? ? 結? ? 論

中國石油克拉瑪依石化有限責任公司物聯網系統自2018年2月28日上線至今，已在全廠各個車間范圍內得到了普遍應用，為克拉瑪依石化實現自動化、數字化、可視化、模型化、集成化的智能煉化企業打下堅實基礎。通過物聯設備和技術的應用，使現場操作更加規范化、協同化、科學化和智能化，使人員安全和生產環境安全的監控和管理更加主動、及時和準確，進一步加強了企業生產操作和安全管控能力，提高了企業精細化管理水平。

主要參考文獻

[1]中國石油克拉瑪依石化有限責任公司.煉化物聯網人員安全管理系統培訓材料[Z].2018-05-08.

[2]曹巍，龐亞賓，張強.石油煉化企業物聯網建設思考[J].信息系統工程，2014（4）：25-26.