基于油氣田物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的通信組網(wǎng)建設(shè)探索

文｜蘇翡翠 陳建

隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運而生，并逐步應(yīng)用于許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，而在石油天然氣行業(yè)，由于智能工廠及數(shù)字化油氣田的建設(shè)的需要，加之“油公司“扁平化管理模式，作業(yè)區(qū)實行“中心站+無人值守場站”的管理方式，基于油氣行業(yè)生產(chǎn)特點，為更快推進油氣田物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)進程，更好適配油氣田生產(chǎn)特點，需要建立一套大帶寬、多冗余、安全高、兼容好的通信組網(wǎng)方案，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油天然氣行業(yè)的落地，更好的服務(wù)于生產(chǎn)。

一、引言

隨著智能化油氣田建設(shè)的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更多的運用于油氣田生產(chǎn)一線，更好的實現(xiàn)人員對設(shè)備的管理，但油氣生產(chǎn)行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備繁多，傳輸協(xié)議雜亂，除生產(chǎn)場所的設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)外，還涉及場站與場站之間，場站與中心站之間，中心站與作業(yè)區(qū)之間的互聯(lián)，故需要達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中萬物互聯(lián)的目的，必須有一張強大的通信網(wǎng)絡(luò)支撐整個數(shù)據(jù)的傳輸。

油氣行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對承載網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求，場站內(nèi)部、場站之間，場站與中心站之間的承載網(wǎng)絡(luò)需滿足以下需求：

大帶寬——大流量多業(yè)務(wù)傳遞

多冗余——強大的網(wǎng)絡(luò)自愈能力

高安全——網(wǎng)絡(luò)可隔離，IP可追蹤，流量可監(jiān)控

兼容好——支持多設(shè)備，多協(xié)議入網(wǎng)傳輸

在這樣的承載網(wǎng)絡(luò)需求下，無線基站+PTN的組網(wǎng)架構(gòu)無疑是最好的選擇，場站與場站之間，場站與作業(yè)區(qū)之間選用PTN組網(wǎng)，場站內(nèi)部采用無線基站的方式，將前端物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備全部通過無線連接入網(wǎng)，利用PTN的大帶寬，多業(yè)務(wù)隔離，無線傳輸?shù)母甙踩嫒菪院玫奶攸c完成對油氣田物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)介紹

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡介

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)指的是將無處不在（Ubiquitous）的末端設(shè)備（Devices）和設(shè)施（Facilities），[包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和“外在使能”(Enabled)的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)（Assets）、攜帶無線終端的個人與車輛等等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”（Mote）]，通過各種無線或有線的長距離或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M）、應(yīng)用大集成（Grand Integration）、以及基于云計算的SaaS營運等模式，在內(nèi)網(wǎng)（Intranet）、專網(wǎng)（Extranet）、和/或互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化。

（二）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能化油氣田中的應(yīng)用（前端）

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實現(xiàn)智能化油氣田的基礎(chǔ)，即萬物互聯(lián)互通，在生產(chǎn)一線為保障生產(chǎn)高效、安全、順利，需要各種壓力，溫度，流量，環(huán)境傳感器，并通過這些傳感器的參數(shù)由RTU/PLC組態(tài)的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，判斷，執(zhí)行來達(dá)到石油、天然氣生產(chǎn)的目的，而生產(chǎn)一線的壓力，溫度，流量，環(huán)境傳感器正是需要互聯(lián)的設(shè)備，將這些設(shè)備與RTU/PLC通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)萬物互聯(lián)，就實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能化油氣田中的應(yīng)用（前端）。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)承載網(wǎng)的實現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為最近20年發(fā)展的高新技術(shù)，根據(jù)其技術(shù)特征，結(jié)合油氣生產(chǎn)場所的特點，支撐物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的通信組網(wǎng)應(yīng)適配一套全新的組網(wǎng)方案，順應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展需要。

（一）組網(wǎng)方式

現(xiàn)有組網(wǎng)分為有線與無線組網(wǎng)方式兩種，主要物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備均通過信號信的方式與RTU/PLC連接，并未達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求的萬物互通互聯(lián)，有線組網(wǎng)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有有線組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

無線的組網(wǎng)方式前端設(shè)備連接與有線的方式一樣，只是后端傳輸方式由有線變?yōu)闊o線，無線組網(wǎng)如圖2所示。

圖2 現(xiàn)有無線組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

參考目前運營商的思路，即移動通信設(shè)備作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，無線基站通過無線信號覆蓋使手機接入基站入網(wǎng)，無線基站之間通過傳統(tǒng)的光纖的方式進行通信，那么油氣生產(chǎn)場站前端物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入也可參考這樣的方式，但大帶寬業(yè)務(wù)考慮到場站為防爆場所，使用的無線傳輸通信為低頻安全的無線傳輸方式，故大帶寬業(yè)務(wù)要求全IP化后利用網(wǎng)線或者光纖接入PTN傳輸，組網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 無線基站+PTN組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

對于小流量，設(shè)備多，協(xié)議多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過統(tǒng)一無線傳輸協(xié)議的方式接入通信，對于大流量，數(shù)量少的設(shè)備全部IP化后通過網(wǎng)線或光纖的方式接入通信，保障了設(shè)備傳輸?shù)目煽啃裕脖Ｕ狭嗽O(shè)備接入?yún)f(xié)議的統(tǒng)一性，并通過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)過濾信息，保證信息安全，后端傳輸依靠PTN全光業(yè)務(wù)環(huán)網(wǎng)的方式保障場站與場站之間，場站與作業(yè)區(qū)之間的通信，依靠這樣的方式在前端搭建起一張承載易油氣行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，滿足前端物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入邪惡需要。

四、結(jié)論

根據(jù)油氣場所生產(chǎn)特點，總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣生產(chǎn)場所應(yīng)用經(jīng)驗，在油氣田物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，大膽利用無線通信+有線通信結(jié)合的方式，有著積極的現(xiàn)實意義，其主要體現(xiàn)在降低成本，增強網(wǎng)絡(luò)柔性和增強網(wǎng)絡(luò)可靠性三個方面。

有線通信與無線通信技術(shù)出現(xiàn)了兼容的趨勢，這樣能夠在很大程度上降低通信業(yè)務(wù)的成本，將有線通信技術(shù)的穩(wěn)定性與無線通信的便捷性有效的結(jié)合，必然是更加迅捷、穩(wěn)定、高效的油氣田通信組網(wǎng)方案，而這樣的方案很好地適配了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能化油氣田的應(yīng)用，為更快建成智能化、數(shù)字化油氣田奠定了通信基礎(chǔ)。