匡勝 黃柳君 陳小泉 姚予鑫 李潤周

摘? 要：該文主要設(shè)計了一條可用于油氣田設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)采集的國產(chǎn)化鏈路。該鏈路設(shè)計包括3個方面：國產(chǎn)化工業(yè)隔離網(wǎng)閘、國產(chǎn)化實(shí)時數(shù)據(jù)采集軟件和國產(chǎn)化實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件。從這3個方面入手，結(jié)合多個國產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品信息和功能特點(diǎn)，分析了使用國產(chǎn)化產(chǎn)品后的油氣田設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)采集鏈路可以實(shí)現(xiàn)的功能，得出結(jié)論：經(jīng)過國產(chǎn)化后的實(shí)時數(shù)據(jù)采集鏈路也可以達(dá)到現(xiàn)有系統(tǒng)功能的使用需求。

關(guān)鍵詞：實(shí)時數(shù)據(jù)? ?工業(yè)隔離網(wǎng)閘? ?實(shí)時數(shù)據(jù)采集軟件? ?實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件? ?國產(chǎn)化

中圖分類號：TE953? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）06（c）-0034-03

Localization Design of Real-time Data Acquisition for Oil and Gas Field Equipment

KUANG Sheng1? ?HUANG Liujun2? ?CHEN Xiaoquan2? ?YAO Yuxin1? ?LI Runzhou1

（1. Zhanjiang Branch， CNOOC Information Technology Co.， Ltd.; 2.Zhanjiang Branch of CNOOC， Zhanjiang， Guangdong Province， 524057 China）

Abstract： This paper mainly designs a domestic link which can be used for real-time data acquisition of oil and gas field equipment. The link design includes three aspects： domestic industrial isolation gateway， domestic real-time data acquisition software and domestic real-time database software. Starting from these three aspects， combined with the product information and functional characteristics provided by several domestic manufacturers， this paper analyzes the functions that can be realized by the real-time data acquisition link of oil and gas field equipment after using the domestic products， and comes to the conclusion that the real-time data acquisition link after localization can also meet the use requirements of the existing system functions.

Key Words： Real-time data; Industrial isolation gate; Real-time data acquisition software; Real-time database software; Localization

隨著油氣田設(shè)備管理精細(xì)化要求的提高和信息化建設(shè)的不斷完善，實(shí)時數(shù)據(jù)采集已成為油氣田建設(shè)發(fā)展的重要組成部分，關(guān)鍵核心技術(shù)國產(chǎn)化是可持續(xù)發(fā)展的重要保障，通過部署國產(chǎn)化軟硬件采集海上油氣田關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息自動化收集、傳輸、整理、存儲和分析，為產(chǎn)量調(diào)配、故障分析、輔助決策等提供科學(xué)的手段，及時地發(fā)現(xiàn)問題，制定改進(jìn)措施。

1? 國產(chǎn)化采集鏈路

1.1 設(shè)計簡介

在對油氣田設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化管理中，通過建設(shè)國產(chǎn)化數(shù)據(jù)采集鏈路，可以實(shí)現(xiàn)對各作業(yè)現(xiàn)場的工控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲、應(yīng)用等功能。

國產(chǎn)化數(shù)據(jù)采集鏈路的建設(shè)沿用“采集—轉(zhuǎn)發(fā)—傳輸—儲存”的模式，堅(jiān)持“雙向隔離，單向傳輸”的安全理念，在單向隔離網(wǎng)閘的基礎(chǔ)上升級了實(shí)時數(shù)據(jù)庫的安全等級：替換現(xiàn)用的國外的實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件，改為可靠的國產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件，保證存儲的數(shù)據(jù)安全可控。

1.2 國產(chǎn)化工業(yè)隔離網(wǎng)閘

使用國產(chǎn)化工業(yè)隔離網(wǎng)閘，可以解決企業(yè)工控網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)安全傳輸問題[1]，廣泛應(yīng)用于各企業(yè)需要控制網(wǎng)絡(luò)接入信息網(wǎng)絡(luò)的使用場景中。

當(dāng)前實(shí)時數(shù)據(jù)采集鏈路使用的國產(chǎn)化工業(yè)隔離網(wǎng)閘主要是兩種工作模式：數(shù)據(jù)代理式和數(shù)據(jù)穿越式。

1.2.1 數(shù)據(jù)代理式網(wǎng)閘

數(shù)據(jù)代理式網(wǎng)閘內(nèi)置有數(shù)據(jù)采集功能，首先會在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中采集需要的數(shù)據(jù)，然后在外部網(wǎng)絡(luò)中把采集到的數(shù)據(jù)代理轉(zhuǎn)發(fā)為OPC數(shù)據(jù)源[2]，用于對外提供數(shù)據(jù)，內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)屬于不同的網(wǎng)段，無法從外部網(wǎng)絡(luò)直接訪問內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，這種工作模式被稱為數(shù)據(jù)代理式[3]。使用這種工作模式的網(wǎng)閘，例如盈創(chuàng)信通工業(yè)隔離網(wǎng)閘，其結(jié)構(gòu)包括內(nèi)網(wǎng)主機(jī)、外網(wǎng)主機(jī)、單向傳輸組件。

1.2.2 數(shù)據(jù)穿越式網(wǎng)閘

數(shù)據(jù)穿越式網(wǎng)閘同樣擁有3個部件：內(nèi)網(wǎng)主機(jī)、外網(wǎng)主機(jī)和隔離交換陣列，其內(nèi)外網(wǎng)主機(jī)都有設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖空間，用于內(nèi)外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)擺渡，其數(shù)據(jù)交換方式類似交換機(jī)，但每個網(wǎng)絡(luò)處理單元只與數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的一個連接，所以各個網(wǎng)絡(luò)沒有一個時刻是相互連通的（如圖1所示）;配置好的網(wǎng)閘會單獨(dú)開放一條數(shù)據(jù)通道用于數(shù)據(jù)傳輸，就像一根網(wǎng)線，使數(shù)據(jù)可以從內(nèi)網(wǎng)穿越到外網(wǎng)，所以叫數(shù)據(jù)穿越式網(wǎng)閘;使用這種工作模式的網(wǎng)閘，例如啟明星辰工業(yè)隔離網(wǎng)閘。

該網(wǎng)閘的內(nèi)、外網(wǎng)主機(jī)也分別負(fù)責(zé)和內(nèi)部高密級網(wǎng)絡(luò)和外部低密級網(wǎng)絡(luò)的通信[4]，采用了類交換機(jī)式的數(shù)據(jù)傳輸和管理方式，在保證隔離安全等級的基礎(chǔ)上配合圖形化的管理方式，提升了操作的便利性。經(jīng)過安全配置后的啟明星辰網(wǎng)閘，開放了固定的數(shù)據(jù)傳輸端口，規(guī)定了數(shù)據(jù)只能從高密級網(wǎng)絡(luò)流向低密級網(wǎng)絡(luò)，輔以獨(dú)有的加密協(xié)議，使得整臺機(jī)器就像一根安全、智能的網(wǎng)線，既確保了鏈路的安全性，也搭建起了內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)溝通的橋梁[5]。

1.3 國產(chǎn)化實(shí)時數(shù)據(jù)采集軟件

實(shí)時數(shù)據(jù)采集軟件肩負(fù)著數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)墓δ?，它可以支持多種通信協(xié)議：例如Modbus、OPC、串口等。由于市面上工業(yè)系統(tǒng)的對外通信大多數(shù)情況下都支持OPC協(xié)議，因此國產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集軟件通信主要使用的也是OPC協(xié)議。

國產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集軟件，例如：三維力控采集軟件IO Server、紫金橋IO Driver數(shù)據(jù)采集模塊、浙江中控ESP-iSYS等軟件都支持OPC UA/DA協(xié)議下的數(shù)據(jù)采集;三維力控采集軟件IO Server安裝在OPC服務(wù)器上，通過TCP/IP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫通信，點(diǎn)位添加和配置操作都在IO Server軟件上完成;紫金橋IO Driver數(shù)據(jù)采集模塊是Real Historian數(shù)據(jù)庫與外部設(shè)備的連接通道。通過IO Driver，Real Historian可以和生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;浙江中控?fù)碛凶约旱闹锌叵到y(tǒng)，數(shù)據(jù)采集可直接與OPC服務(wù)器通信，支持從各類生產(chǎn)裝置、儀表直接采集數(shù)據(jù)。

1.4 國產(chǎn)化實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件

實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件主要承擔(dān)數(shù)據(jù)存儲和應(yīng)用的角色，從眾多現(xiàn)場采集得到的數(shù)據(jù)最終匯總在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一歸檔保存，用戶可以通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的查看、管理、溯源以及對外應(yīng)用;實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件往往也會提供多種接口協(xié)議用于二次開發(fā)，為數(shù)據(jù)應(yīng)用的多樣性打下基礎(chǔ)。

實(shí)時數(shù)據(jù)庫還能和數(shù)據(jù)展示軟件結(jié)合使用，儲存在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)會被數(shù)據(jù)展示軟件引用，在畫面中以可視化信息的形式展示，例如管道溫度壓力等實(shí)時數(shù)據(jù)可以實(shí)時顯示、罐體液位數(shù)據(jù)以標(biāo)尺形式反映使用情況、關(guān)鍵閥位的開關(guān)狀態(tài)用不同的顏色標(biāo)記等（見圖2）。

實(shí)時數(shù)據(jù)庫如果使用的是國外實(shí)時庫軟件，如GE iHistorian，出于安全性考慮，可以采用國產(chǎn)實(shí)時庫，例如：紫金橋Real Historian跨平臺實(shí)時數(shù)據(jù)庫、浙江中控實(shí)時數(shù)據(jù)庫ESP-iSYS、力控企業(yè)級實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace等。

替換升級后的國產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫相比國外實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件，操作方式更加貼合國內(nèi)的使用習(xí)慣，流暢性和美觀程度得到了提升;國產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫軟件可以與國產(chǎn)操作系統(tǒng)進(jìn)行適配，增強(qiáng)了工業(yè)系統(tǒng)的自主性[6]。

2? 結(jié)語

實(shí)時數(shù)據(jù)采集鏈路利用了OPC協(xié)議的高開放性和穩(wěn)定性，打通了工控網(wǎng)與辦公網(wǎng)的溝通橋梁，為其他應(yīng)用開發(fā)提供了實(shí)時數(shù)據(jù)支持。由于生產(chǎn)現(xiàn)場工控網(wǎng)絡(luò)的重要性，實(shí)時數(shù)據(jù)流動的狀態(tài)應(yīng)該處于嚴(yán)密的監(jiān)控下，因此從數(shù)據(jù)安全的角度出發(fā)，實(shí)時數(shù)據(jù)采集鏈路中的每個節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該嘗試進(jìn)行國產(chǎn)化應(yīng)用。

該文從數(shù)據(jù)采集鏈路的基本結(jié)構(gòu)入手，簡單介紹了鏈路中各節(jié)點(diǎn)的軟、硬件設(shè)備的原理，使用到的通信協(xié)議，以及在數(shù)據(jù)采集鏈路中發(fā)揮的作用;然后列舉出了鏈路中各個節(jié)點(diǎn)國產(chǎn)化的替換產(chǎn)品，分析了這些產(chǎn)品的特點(diǎn)和可以實(shí)現(xiàn)的功能，最后可以得出結(jié)論：實(shí)時數(shù)據(jù)采集鏈路的每個環(huán)節(jié)經(jīng)過國產(chǎn)化應(yīng)用后，可以滿足現(xiàn)有功能的使用需求。

參考文獻(xiàn)

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