石油化工企業基于融合通信的電信系統設計

張 卓

(中海油石化工程有限公司,山東 濟南 250001)

0 引言

石油化工企業為了實現降本增效及本質安全的目的,不斷提高企業的自動化、信息化和智能化水平。為了滿足新的需求,在進行電信設計時,須將融合通信納入考慮。

融合通信的目標是實現各個系統中信息的有效利用,也是在各個系統的支撐下實現的。本文對企業的通信需求進行分析,給出了一個基于融合通信的典型電信設計方案,并探討了融合通信的發展方向。

1 常規電信系統設計

根據《石油化工電信設計規范》(SH/T 3153—2021)[1],結合有關文件對電信系統的要求和實際建設情況,石油化工企業常規設計所包含的電信系統有以下系統。

1.1 電話系統

語音通信是石油化工企業正常運行的基本通信需求之一,早年的電話系統常采用“行調一體”的數字程控交換系統,兼顧了用于經營、管理的行政電話與用于生產調度的調度電話。近年來,一方面由于諸如電視、電話會議等需求的提升,另一方面由于《石油化工電信設計規范》(SH/T 3153—2021)實施后,要求調度電話系統不得采用軟交換技術,因此新建項目一般會分別建設行政電話系統與調度電話系統,行政電話系統一般采用軟交換和IP電話技術;調度電話系統采用數字程控交換系統。

1.2 無線通信系統

石油化工廠區一般占地面積較大,有線語音通信的覆蓋范圍有限,為了滿足平時的巡檢、檢修和調度等溝通需求,一般會設置無線通信系統。

常規無線通信系統根據通信距離長、短,可以架設中繼臺,采用異頻半雙工方式通信,或不設中繼臺,使用對講機的直通方式,采用同頻半雙工方式通信;窄帶數字集群通信系統有多種不同制式的產品,石化行業常用的有TETRA、DMR和PDT;寬帶無線通信系統通常采用4 G、5G無線網絡,可以通過利用公網、租用服務、自建專網等方式實現。

1.3 擴音對講系統

為了彌補無線通信系統的信號盲區、電磁干擾和高噪聲環境的擴音問題,石化企業通常建設擴音對講系統,一般可以分為無主機系統與有主機系統。無主機系統拓撲結構靈活,適用于小型廠區;有主機系統又可以分為數字程控系統與IP系統,適合中大型廠區。

1.4 局域網系統

為了滿足企業日常辦公和管理的需求,石化企業通常建設局域網系統,一般采用2層或3層架構、環型或星型拓撲結構,核心層設置于廠前區機房內,匯聚層設置于各個控制室,接入層設置于現場機柜間及有網絡需求的建筑內。

1.5 有線電視系統

在石化企業內,宿舍、食堂、會議室和休息室等場所一般會有電視需求,通常采用IPTV,由光貓、機頂盒、服務器、光纜、網線等組成。

1.6 視頻會議系統

在石化企業內,報告廳、會議室和控制室等場所一般會有視頻會議需求,包括互聯網會議系統和集團公司私有會議系統?；ヂ摼W會議系統借助互聯網和客戶端軟件實現;私有會議系統由MCU、服務器、網關、顯示系統、攝像機、麥克風等組成,通過專網實現會議。

1.7 信息發布系統

在石化企業內,門衛、行政樓和綜合樓等場所一般會有信息發布需求,由LED屏幕、服務器等組成。

1.8 電視監視系統

石化企業中電視監視系統可分為3個部分。安防監控的內容一般為廠前區各建筑的出入口、道路、停車場和其他有安防需求的場所;工業電視監控的內容一般是各類設備、儲罐和手動閥門等;政府監控系統是相關政府監管部門為監管企業合規、安全運營而設置的監控系統,通常與企業自身的監控系統相獨立,包括“一關兩檢”,即海關、邊防檢查站和檢驗檢疫局所設置的監控系統及應急管理局對重大危險源的監控系統。

1.9 火災報警系統

火災自動報警系統由火災報警控制器、圖形顯示裝置、手動觸發裝置、探測器、報警器等組成,控制器間常組成環形或星形拓撲結構[2]。

火災電話報警系統具備2種功能,一是直通聯系,二是專用號報警。一般采用消防電話系統實現直通聯系,由消防電話主機、消防電話分機、電話插孔等組成;通過消防電話與電話系統聯網實現專用號報警功能[2]。

1.10 安全防范系統

石化企業有著較高的安全防范和反恐要求,由多個子系統組成。

門禁控制系統指在建筑物內房間的門禁控制,一般在堆放有毒及放射性物料的倉庫、機柜間和財務室等有受控管理需求的房間設置門禁控制器;出入口控制系統一般在廠區大門設置人行閘機和車輛道閘,在建筑大門處設置人行閘機;訪客系統一般設置于廠區大門門衛,實現對訪客的登記、“人證合一”驗證及授權;入侵和緊急報警系統設置于有治安防范及?；分卮笪ｋU源管控要求的場所,由紅外探測器、微波探測器、振動光纜和電子圍欄等各種探測器,報警主機和報警器等組成;人員定位系統根據系統建設指南對定位精度的要求和考慮建設成本,通常在建筑物內采用藍牙或UWB技術方案,在室外采用北斗差分加藍牙技術方案;反恐系統覆蓋陸域、空域和海域,陸域通常設置升降式阻車器、扇面式路障機及車底掃描設備,空域設置無人機偵測及干擾設備,海域設置船舶自動識別AIS系統、雷達探測系統、探照燈系統和聲波驅散系統等子系統。

1.11 時鐘同步系統

石化企業中各部門、各專業所建設的眾多控制、管理及業務系統,需要統一的時鐘確保信息記錄的準確性和互聯互通的可靠性,通常采用衛星授時、母鐘分發方式,由一臺GPS/北斗始終服務器向不同的網絡、系統和設備提供統一的時鐘服務。

2 需求分析與系統描述

在不同的行業和場景下,有不同的業務與服務,對通信有不同的需求[3-5],針對石化企業,可分為如下幾類:(1)經營管理與生產調度的語音溝通需求;(2)即時消息與文檔的傳輸需求;(3)生產控制系統、業務管理系統與各種輔助系統的數據采集、上傳、分發與展示的需求。

在這些業務與服務的開展過程中,需要一種廣泛感知、高效協同與友好交互的通信手段,為了實現此目標,提出了石化企業融合通信的概念,其應具備以下特征與內容。(1)廣泛感知:將企業中各種異構網絡聯通、融合,使數據訪問暢通無礙。其內容包含工控網、安防網、辦公網、通信網等不同網絡的融合,企業內網與外網融合,有線網絡與無線網絡融合,寬帶通信與窄帶通信融合等。(2)高效協同:將企業中各種系統的軟、硬件設施融合,形成基于場景的應用模塊。其內容包含不同系統中同類設備融合,業務、服務、功能融合等。(3)友好交互:將企業中各種信息化平臺融合,提供統一的基礎服務與交互接口。其內容包含開放數據接口、二次開發接口,采用工業互聯網平臺架構等。

3 典型電信設計方案

為了達到融合通信的目標,在設計時須考慮網絡融合、系統融合和平臺融合3個層面配置。

3.1 網絡融合

自控、電氣等不同專業在進行設計時,通常會設置多個通信網,網絡融合的目標即是實現網絡的共享,有以下幾類情況。(1)帶寬共享:數據直接接入共享網絡,不再單獨建網。(2)設備共享:通過VLAN等技術共享通信設備。(3)線路共享:利用骨干光纜、大對數電纜中的線芯單獨組網,不再重新敷設通信線路,網絡通過網關設備對接。

石化企業可設置4張網,分別為工控網、辦公網、通信網與安防網,由各類子網獨立建網,通過網關實現數據訪問。

3.2 系統融合

企業員工或自動化程序在完成某一項工作任務時,通常會包含多項業務、服務、功能和多個對象,對所涉及的操作、流程和信息進行整合及綜合呈現可以提高協同效率。這些融合雖然是針對具體場景的,但軟、硬件層面的融合是必要前提,有以下幾類情況。

(1)接口互聯。系統間通過通信方式或IO方式實現數據和信號的互聯互通,例如電話系統、無線通信系統與擴音對講系統間通過不同制式的語音網關實現語音通信。

(2)硬件共享。不同系統共享硬件資源,例如采用一套數據庫為多個系統提供數據存儲服務。

(3)軟件共享。合并功能近似的系統軟件,例如針對安防系統的各個子系統,采用一套軟件進行運維。

3.3 平臺融合

平臺既完成對各系統的支撐與功能提升,又是人與機器、機器與機器間交互的門戶。選用工業互聯網PaaS平臺對各系統進行融合,可以將系統軟件的各項功能拆解為可以調用的微服務,進而組成各項業務模塊,最終組成針對不同場景的企業應用,通過統一的門戶與用戶進行交互。得益于微服務架構與容器化技術,PaaS/DaaS層的數據、服務與模塊可被不同應用復用,實現應用的快速開發與部署,同時避免了同質化功能的重復建設。

一套典型完整的石化企業融合通信軟、硬件架構如圖1所示,該方案實現了從硬件到軟件,從數據到業務,從系統到平臺不同層面的融合,可為石化企業智能工廠建設提供良好的通信基礎。

圖1 系統融合架構

4 結語

該設計方案在智能工廠、電信系統集成平臺及“工業互聯網+?；钒踩a”平臺等相關建設項目中獲得應用,取得了較好的效果。在相關項目的運行過程中,反饋較多的一個問題是設備、系統與平臺的操作具有一定的專業性與復雜度,學習成本較高。隨著人工智能技術的發展,如何融合大數據模型,提高融合通信的智能化,簡化人員操作流程,將是下階段研究的重點。