張 峰，劉 駿，田 寧

（中石化勝利油田分公司信息化管理中心，山東 東營 257000）

物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)[1]。1998年美國麻省理工學(xué)院創(chuàng)造性地提出了當(dāng)時被稱作EPC系統(tǒng)的“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想[2]。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念[3]。近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)形成了與工業(yè)生產(chǎn)深度融合的局面。

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在油氣生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用的延伸，通過信息傳感設(shè)備將油氣生產(chǎn)工業(yè)控制系統(tǒng)，乃至整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的參數(shù)和控制連接在一起。

1 建設(shè)與應(yīng)用

1.1 建設(shè)情況

1.1.1 建設(shè)目標和范圍

勝利油田按照制定的統(tǒng)一技術(shù)、協(xié)議，通過智能識別、可靠傳輸和實時態(tài)勢感知等技術(shù)，將油田陸上114個管理區(qū)，35 000余口油水井，540個站庫的工控設(shè)備采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)管控實現(xiàn)全覆蓋，實現(xiàn)41萬臺設(shè)備的在線物聯(lián)管理。在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)平臺集中展示、分析和運維，實現(xiàn)“讓所有設(shè)備永不脫離管理者視線”的目標。

1.1.2 技術(shù)路線

勝利油田按照構(gòu)建生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的理念，從初期對設(shè)備和系統(tǒng)進行了頂層設(shè)計，對建設(shè)、應(yīng)用、運維提出了一體化建設(shè)構(gòu)想，按照“十統(tǒng)一”標準，研發(fā)了設(shè)備運維管理模塊，依托設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過PCS系統(tǒng)，實現(xiàn)管理目標。

1.1.3 主要應(yīng)用技術(shù)

（1）物聯(lián)設(shè)備識別技術(shù)。a.智能設(shè)備標識。智能設(shè)備是內(nèi)置MCU芯片的設(shè)備，如有線儀表、無線儀表等。設(shè)備信息寫入芯片，通過通訊實現(xiàn)設(shè)備的自動識別。b.非智能設(shè)備標識。非智能設(shè)備是沒有MCU芯片的設(shè)備，如開關(guān)電源、接觸器等。通過二維碼與關(guān)聯(lián)智能儀表信息綁定實現(xiàn)設(shè)備自動識別。

（2）物聯(lián)設(shè)備自組網(wǎng)技術(shù)。為實現(xiàn)各類不同設(shè)備用同一“語言”進行“交流”，勝利油田研究制定了35項專有通訊協(xié)議，對公有協(xié)議進行融合和擴展，實現(xiàn)更加廣泛和高效的互聯(lián)功能。針對油田物聯(lián)設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，以及應(yīng)用場景的不同，通過大量試驗優(yōu)選國內(nèi)外主流工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如：Zigbee、4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、RS485/HART、以太網(wǎng)等，進行優(yōu)化組合、創(chuàng)新研究，實現(xiàn)不同場景數(shù)據(jù)通訊安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟以及高效。

（3）物聯(lián)設(shè)備通信技術(shù)。優(yōu)化完善SCADA系統(tǒng)功能，在IOServer和DataRouter模塊對電子標簽進行處理，實現(xiàn)物聯(lián)設(shè)備信息的采集、控制及轉(zhuǎn)儲。

（4）工控設(shè)備物聯(lián)管控技術(shù)。對油田工控網(wǎng)絡(luò)、感知設(shè)備、自控儀器儀表的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。實現(xiàn)鏈路、感知設(shè)備的自動巡檢與記錄、故障設(shè)備的準確定位、故障的報警預(yù)警及推送及資產(chǎn)展示統(tǒng)計等功能。協(xié)助現(xiàn)場運維人員及時發(fā)現(xiàn)并且定位故障點，掌握故障點的影響范圍，加快處理故障的時間。工控設(shè)備物聯(lián)管控范圍包含：前端的攝像頭、儀器儀表、RTU、PLC、OPC服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)傳輸中端的交換機、無線網(wǎng)橋；服務(wù)安全后端的網(wǎng)閘、單向?qū)搿⒐I(yè)防火墻、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器后端程序的中間件監(jiān)控。將工控設(shè)備物聯(lián)信息與物聯(lián)感知平臺進行整合，對數(shù)據(jù)分種類、分功能進行數(shù)據(jù)處理和挖掘分析，實現(xiàn)了“一個平臺，E網(wǎng)打盡”。

1.2 應(yīng)用情況

1.2.1 應(yīng)用實現(xiàn)的指標

勝利油田基于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)平臺，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對油田工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施進行管控，實現(xiàn)了預(yù)定指標，取得良好效果，見表1。

表1 勝利油田油氣生產(chǎn)物聯(lián)平臺應(yīng)用實現(xiàn)指標

1.2.2 應(yīng)用效果

勝利油田在生產(chǎn)信息化建設(shè)的同時，不斷探索和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，目前，工控設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正式進入規(guī)模應(yīng)用階段。

（1）物聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)了工控設(shè)備的自動量化考核。a.實現(xiàn)了設(shè)備的e化管理，助力設(shè)備運行質(zhì)量動態(tài)跟蹤；b.實現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量自動跟蹤評價，助力物資采購質(zhì)量最優(yōu)化；c.實現(xiàn)了設(shè)備運維管理的自動量化考核、層級管理，助力運維效能最優(yōu)化。

（2）設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐了生產(chǎn)信息化系統(tǒng)高效運行。a.通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物與物、物與網(wǎng)、物與人的有機聯(lián)動實現(xiàn)了設(shè)備全生命周期在線管理；b.實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)防性維護，預(yù)測性維修，被動維修變主動維護，設(shè)備故障率降低，設(shè)備使用壽命延長；c.實現(xiàn)設(shè)備在線精準統(tǒng)計考核，支撐了油氣生產(chǎn)信息化運行指標，齊全率、準確率均在99.6%以上，穩(wěn)居中石化生產(chǎn)信息化指標排名第一。

2 成果介紹

2.1 主要成果

2.1.1 技術(shù)成果

研發(fā)了基于PCS系統(tǒng)的物聯(lián)管理模塊，進行數(shù)據(jù)的挖掘與融合，業(yè)務(wù)層面系統(tǒng)圍繞三級工控設(shè)備物聯(lián)管理核心業(yè)務(wù)設(shè)計，主要包括監(jiān)控管理業(yè)務(wù)、設(shè)備運維業(yè)務(wù)、軟件運維業(yè)務(wù)、運維評價及知識共享等業(yè)務(wù)內(nèi)容，實現(xiàn)全面感知，在線管理。

監(jiān)控管理業(yè)務(wù)：包括工控設(shè)備運行情況、軟件系統(tǒng)運行情況、網(wǎng)絡(luò)視頻情況監(jiān)控。監(jiān)控采集參數(shù)與異常指標報警及實時分析。輔助指揮中心管控人員、運維管理人員實現(xiàn)實時監(jiān)控與運行管控。

設(shè)備運維業(yè)務(wù)：實現(xiàn)廠區(qū)兩級運維管理崗位及現(xiàn)場專業(yè)化隊伍等崗位的運維工作協(xié)同、運行聯(lián)動。結(jié)合建設(shè)單位的運維應(yīng)用需求，規(guī)范自動化運維管理流程，實現(xiàn)以事件管理為主線的問題處理流程，完成設(shè)備故障報警、接收、處置、完結(jié)閉環(huán)管理、節(jié)點跟蹤、超時提醒。自動統(tǒng)計設(shè)備運行時間、故障頻次、維修時長等關(guān)鍵指標，自動統(tǒng)計運維月報、人員工作量信息等關(guān)鍵情況，為后期產(chǎn)品評價及集成商、供應(yīng)商評價提供參考數(shù)據(jù)。

運維考核評價、知識共享業(yè)務(wù)：結(jié)合設(shè)備運維、軟件運維業(yè)務(wù)采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對產(chǎn)品、服務(wù)商等的在問題頻次、解決效率、解決質(zhì)量等方面的自動統(tǒng)計，輔助運維管理決策；建立運維技能與經(jīng)驗分享的運維知識庫，實現(xiàn)運維知識的共享。

2.1.2 應(yīng)用成果

（1）一切設(shè)備上平臺。勝利油田工控系統(tǒng)41萬臺前端設(shè)備，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，已全部接入平臺進行管控，通過一個平臺實現(xiàn)采集與控制、數(shù)據(jù)傳輸、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理、生產(chǎn)運行管理的功能。運行中以工作流程為導(dǎo)向、生產(chǎn)業(yè)務(wù)為主線、隊伍建設(shè)為重點、提升素質(zhì)為關(guān)鍵、完善制度為基礎(chǔ)、評價考核為抓手，保障工控系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施運行完好、穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集齊全、準確及時，工控網(wǎng)絡(luò)運行暢通、安全高效。數(shù)據(jù)采集齊全率、準確率達到99.6%以上。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力運行維護。工業(yè)控制系統(tǒng)運行，運維問題是核心問題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過技術(shù)診斷和流程管理有效地助力了運維工作的開展。以孤島采油廠為例，工單平均用時從最初的86 h，減少到31 h。通過設(shè)備臺賬、設(shè)備標識、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及運維資料等多維數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)“設(shè)備異常報警預(yù)警、故障提前預(yù)判”，“問題點及時發(fā)現(xiàn)，準確定位”的功能，為高效運維、快速處置提供了技術(shù)支撐。通過運維過程工單化、流程化、標準化管理，生產(chǎn)信息化運維效率大幅提升，2019年，通過維修、維護工單共解決軟件運維問題3 035個，設(shè)備運維故障45 098個，運維處置效率與維修質(zhì)量得到有效提升。油水井工控設(shè)備運維費用由4 000元/年，降低到3 400元/年，減少了15%運維費用。

（3）實現(xiàn)自動考核評價?；谖锫?lián)技術(shù)建立了系統(tǒng)運行指標考核、產(chǎn)品評價等考核體系，由系統(tǒng)自動量化生成，構(gòu)建全面、客觀、公正的考核評價體系，開發(fā)單位、供應(yīng)商和運維商的責(zé)任主體得到有效落實，有力保障了系統(tǒng)的運行和產(chǎn)品質(zhì)量的控制。系統(tǒng)運行指標涵蓋系統(tǒng)運行和數(shù)據(jù)采集2大類12項評價指標，其中數(shù)據(jù)采集齊全率等6項指標納入信息化工作月度考評，5項指標納入油田“三基”工作風(fēng)險管控責(zé)任考核。指標數(shù)據(jù)層層穿透，責(zé)任落實到崗位，考核管理到個人，開發(fā)單位依據(jù)系統(tǒng)運行指標對各管理區(qū)生產(chǎn)信息化運維工作進行考核，管理區(qū)將指標數(shù)據(jù)與人員績效掛鉤，充分調(diào)動人員工作積極性，有效提升了基層生產(chǎn)管控能力和生產(chǎn)效率。產(chǎn)品評價指標根據(jù)運維數(shù)據(jù)自動生成，實現(xiàn)所有產(chǎn)品交貨驗收、售后服務(wù)、技術(shù)與質(zhì)量的量化打分，保證了產(chǎn)品評價的全面、客觀、公正。2019年，累計評價89萬余件產(chǎn)品，產(chǎn)品合格率為99.2%。經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員鑒定，其中3家產(chǎn)品供應(yīng)商的3項產(chǎn)品確定為不合格產(chǎn)品，并做出終止采購合同、扣罰風(fēng)險保證金等處罰，2019年不合格產(chǎn)品的數(shù)量和種類較往年大幅降低，同時產(chǎn)品供應(yīng)商售后服務(wù)也更加及時到位。

2.2 效益分析

2.2.1 經(jīng)濟效益

勝利油田應(yīng)用油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)平臺從減少運維人員、節(jié)約運維費用、延長設(shè)備使用壽命等方面對2017和2018年相關(guān)成本費用進行測算，節(jié)約成本開支合計22 706萬元。

（1）優(yōu)化運維人員配置。2014年至2017年共投產(chǎn)油氣生產(chǎn)信息化項目77個，完成油水井建設(shè)20 568口，配置運維人員723人，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣后，運維人員344人；2018年全面完成油氣生產(chǎn)信息化建設(shè)工作，總計完成26 526口油水井建設(shè)，因物聯(lián)技術(shù)推廣應(yīng)用，運維人員按推廣前需配置900人左右優(yōu)化到452人，并保持高質(zhì)量運行。

（2）節(jié)約運維費用。勝利油田已建成生產(chǎn)信息化項目于2016年陸續(xù)開始發(fā)生運維費支出，根據(jù)ITSS（國家標準化管理委員會）的運維服務(wù)取費標準，其中對硬件設(shè)備、基礎(chǔ)環(huán)境相關(guān)設(shè)備的修理費約為總投資的7%（國網(wǎng)參考值）。根據(jù)按照該標準測算，硬件基礎(chǔ)環(huán)境運維費用2017年約為14 000萬元，2018年約為18 000萬元。通過油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用，對各單位年實際發(fā)生運維費統(tǒng)計分析，實際發(fā)生運維費為4 000元/井（站庫運維費折算到油水井運維費中），2017年節(jié)約運維費5 572.8萬元，2018年油田完成26 526口油水井建設(shè)，節(jié)約運維費7 389.6萬元。

2.2.2 延長設(shè)備使用壽命

通過物聯(lián)實時感知，人防變預(yù)防，提前維護維修，優(yōu)化設(shè)備使用效率，提高設(shè)備運行質(zhì)量，延長設(shè)備使用壽命。以油井控制柜為例，平臺使用壽命從5年延長至7年。生產(chǎn)信息化設(shè)備投資約12億，根據(jù)2016-2017年出保的數(shù)十個管理區(qū)實際發(fā)生費用進行測算，每年更新費用由2.4億降為1.7億，測算年節(jié)約費用7 000萬元。

2.2.3 管理效益與社會效益

（1）設(shè)備物網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的成功應(yīng)用保障了油田工業(yè)控制系統(tǒng)運行的可靠、穩(wěn)定，提升了設(shè)備管理水平、應(yīng)用水平，減輕了現(xiàn)場人員勞動強度。

（2）物聯(lián)感知平臺為下一步與國內(nèi)石油行業(yè)以及其他企業(yè)、產(chǎn)品和設(shè)備供應(yīng)商、高等院校、科研機構(gòu)、專業(yè)服務(wù)提供商等安全共享設(shè)備信息資源，為協(xié)同制造、生產(chǎn)能力共享奠定了基礎(chǔ)。

（3）符合國家“兩化”融合的要求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升了油田生產(chǎn)信息化建設(shè)技術(shù)水平，為油田新型采油管理區(qū)建設(shè)提供了有效支撐。

3 結(jié)束語

經(jīng)過近年油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，和國內(nèi)外油氣生產(chǎn)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用表明，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在顛覆油氣生產(chǎn)企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，持續(xù)開展油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探索和實踐，不斷打造信息化環(huán)境下的新型能力，可以為建設(shè)實時感知、全面協(xié)同、主動管理、整體優(yōu)化的智能油田提供技術(shù)支撐，為油氣生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)效率和保障企業(yè)綠色安全生產(chǎn)提供有力技術(shù)手段，為油氣生產(chǎn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。