石油物联网项目方案.doc

1、背景
分布在广阔地域上的采油井，被按照采油井—计量站—联合站—采油区—采油厂—石油公司这样的多层次结构、按照“三级控制、两级管理”的模式进行生产管理。每一层级的控制，都需要大量的人员跑现场、抄表，不但增加了石油公司的运营成本，而且效率低下，现场环境恶劣、员工工作负担重。
随着自动化技术的发展，工业化、智能化趋势日益明显。传感器、变送器、RTU等自动化、智能化设备为远程控制、集中控制和管理提供了可靠的技术手段。物联网解决方案应运而生。
该项目正是基于物联网技术采油自动化、智能化项目。基于物联网传感器、变送器技术，实现采油井工作状态的自动化监视和数据采集；基于RTU、GPRS、WiFi等远程传输技术，实现地域分布广阔的采油井的工作状态数据集成；基于工业实时数据库实现海量生产数据的实时管理与历史存储；基于功图、宏观控制图等技术完成产油预测、统计，实现挖潜增产计划安排；最终基于组态技术将生产过程数据以流程、图表、声光告警、Web页面等形式呈现，辅助中石油战略决策分析。
北京亚控科技发展有限公司拥有10余年自动化、信息化系统软件、解决方案开发实施经验，在物联网、信息化项目方面，能够提供数据采集与集成、数据管理与分析、数据展示与发布等系列软件平台，为客户搭建稳定可靠，性能卓越的解决方案平台。

2、亚控系统解决方案
一个好的信息化系统，应该具有四个开放的平台：
开放的数据采集、集成平台：支持通过WiFi、GPRS、光线、VPN等各类通讯方式采集所有传感器、变送器、智能控制系统、PLC、DCS、SCADA、智能仪表、智能板卡等拥有开放数据接口的数据源的数据，能够将企业的所有数据及时、准确地采集上来。
稳定可靠的数据存储平台：能够容纳大规模的企业生产数据，及时、高效的将数据存储，并且能够满足高速、大批量、多客户端的数据访问需求，能够保证数据的安全、可靠和可恢复。
灵活、开放、实时的数据分析处理平台：能够基于历史数据、各类事件完成企业数据的实时分析处理。能够完成生产数据到企业信息的装换，使得企业的生产、管理能够得到足够的信息支撑。同时，能够满足企业发展的需要，提供开放的平台，容纳企业不断变换的数据分析需求，而不是有新的分析就要新的系统开发。
高效、精美的数据展示平台：能够为客户提供精美、绚丽的画面，高效直观的图表、曲线，能够通过Web展示客户数据。同时展示的数据应该是基于设备为单位组织的，能够提供设备图形模型和设备数据模型，降低展示系统得开发量，降低展示系统维护难度。
按照以上标准，亚控公司提供了采集软件平台ioserver、KingExchange等软件；KingHistorian、关系数据库与文件存储组成数据存储平台；KingCalculation、KingA&E、KingSchedule、KingModel组成数据分析应用平台；KingGraphic、KingReport、KingPortal组成的数据展示平台。
整个系统由三部分组成，现场层、数据服务中心、数据分析层和数据展示层。系统体系结构如下图所示：

系统结构图
2.1 方案特色

* 实时在线系统方案，自动响应更新
北京亚控为用户提供多款数据采集软件平台，这些软件平台能够在线自动响应硬件更新，无论是变送器的替换、还是新油井的投产，该软件平台能够自动的识别新的硬件，并将该硬件的信息创建到解决方案数据中心。数据中心之上的数据分析与展示软件同样能够在线自动的识别硬件数据更新，能够自动的管理、展示硬件更新。

* 优化控制流程，降低运营成本
北京亚控石油物联网软件系统解决方案为采油过程提供集中统一的控制方案，通过物联网的精确数据采集支持集中控制，改变原有的跑现场、多层的方式，能够更加高效、更加及时的处置采油过程的控制与应急处置。同时，通过物联网的精确采集，降低系统人工抄表、手工统计的工作量，不但降低了现场工作的人员的工作量，减少恶劣环境工作量，同时降低人为因素造成的统计误差。

* 准确预测求产，辅助挖潜增产
北京亚控石油物联网软件系统为客户提供基于功图理论的产液量预测和基于计量系统的产液量预测相互印证的求产预测分析，同时支持宏观控制图历史变迁分析，帮助用户能够及时准确的掌握石油产量和生产潜力，为挖潜增效提供及时准确的信息支持。

2.2 现场层
现场层采用I/O Server/KingExchange等采集软件平台作为数据采集器，能够采集所有提供数据采集接口的数据源的数据，同时，采集软件平台完成设备采集链路的监控。采集软件平台通过Internet将数据转发到服务中心的数据集成平台，将所有的采集数据汇总，转发给数据存储系统。
在现场层，可以将采集软件平台部署在一台上位机上，数据集成平台部署在数据中心。

2.3 数据服务中心
数据服务中心采用北京亚控的KingHistrian实时/历史工业库作为数据存取平台，采用商用的关系数据库（SQL Server、Oracle、MS Access等）存储报警等事件数据；同时，为了采集部署在全国各地的设备数据，可以部署I/O Master等作为汇总采集服务器，汇总所有的设备数据，传入KingHistorian、关系数据库、文件存储系统，完成原始数据存储。
在数据服务中心，可以将KingHistorian、关系数据库分别部署在不同的数据服务器上。

2.4 数据分析层
数据分析层采用北京亚控的百科全书系统的数据分析平台，分别为：数据计算分析工具KingCalculation；事件监测工具KingA&E；数据对象化组织工具KingModel。所有这些工具为用户将原始的采集数据转化为信息、效益提供强有力的保障。
所有这些工具可以部署在同一台计算机上，也支持配置与执行的分布式部署，可以分布式部署多个执行服务。

2.5 数据展示层
在决策层中，决策者可以通过本地画面系统KingGraphic和报表工具KingReport得到及时、可靠的信息，同时通过KingPortal将这些信息发布到Web上，使得其它用户可以通过IE浏览到各种信息。本地和Web展示的形式有设备状态画面，实时曲线，历史曲线，报表，报警等，通过这些信息决策者可以对设备的工况信息分析和诊断。
在这一层上，KingGraphic和KingReport可以部署在同一台机器，KingPortal可以部署在Web服务器上，Web终端用户无需部署其他软件，只需要IE浏览器即可。
3、主要的系统配置

3.1 采集软件平台
对于任何一个工业自动化系统来说，数据采集都是必不可少的，数据采集已经由早期的系统从属的功能跃变为系统主要 的功能；以往数据采集主要有通过计算机串行通讯口采集（包括使用MODEM、电话线进行数据传输），通过计算机板卡采集，通过以太网采集，通过各种总线采 集以及采集本机其他应用程序提供的数据，随着自动化程度的进一步普及和提高，采用光纤，VPN，ADSL等各种通讯手段不断出现，其中比较特殊的是利用 GPRS网络和CDMA网络进行数据无线传输，用户对各种数据传输的可靠性和实时性的要求越来越高。
由于自动化设备厂商不断涌现，可供用户选择的各种工控设备层出不穷，客户越来越要求支持尽可能多的工控设备的数据采集。亚控科技为满足用户的需求，适时开发了采集软件平台软件。

采集软件平台的主要特性：
• 独立运行的应用程序；
• 支持在线设备管理与变更；
• 支持OPC接口
• 支持Modbus、TCP/IP、BACNet等各类协议和自定义协议接口；
• 支持超过3600种工控设备；
• 具有独立的历史数据缓存库，支持断点续传；
• 支持串口，以太网，板卡，光纤，GPRS，CDMA，MODEM，WiFi、域名解析等各种数据传输方式；
• 支持和第三方应用程序交换数据；
• 提供强大的动态链接库开发包和SDK开发包；
• 采集速度：1000点，200ms以内；
• 最大点数：60000点；
• 时间戳分辨率：毫秒；
• 整型变量：64位；
• 模拟变量：双精度（64位）。

3.2 I/O Master
越来越多的下层数据源，将占用大量数据库IO操作，而硬件IO瓶颈是制约数据存取的主要问题。I/O Master所有的数据汇总、集成，采用批量的方式完成数据存储，不但能够解放硬件，还提高系统的整体效率。
同时，如果客户的下层采集系统可以直接提供数据采集功能，I/O Master可以完成用户采集系统与工业库等数据存储系统之间的数据格式转换，使用户不必改变原有的数据采集系统，只需要定制统一的数据解析转换接口。

3.3 KingHistorian工业实时数据库
工业实时数据库KingHistorian是亚控科技最新推出的产品。工业数据库KingHistorian定位于企业一体化方案中的数据中心和应用平台，能够为企业的各级人员及时的提供所需要的信息。它不仅是企业管理信息系统（MIS，Management Information System）与分布控制系统（DCS，Distributed Control System）之间的桥梁，而且是整个生产执行系统（MES，Manufacturing Execution System）的基石。

通过使用工业实时数据库KingHistorian，可以实现：
（1）高速在线存储100万测点长达10年的企业生产过程数据；
（2）组态画面与数据采集功能分离；
（3）为生产过程优化提供数据；
（4）为企业扩展提供参考模型；
（5）为事故追诉提供事实依据；
（6）为企业MIS、ERP、MES集成提供平台。支持ODBC、OLE DB、Web service等各类接口；

3.4 数据应用系统
数据应用系统是一个专门为工业库数据开发的数据分析平台。
KingCalculation是基于工业历史数据的、实时在线的数据计算分析工具，它能够独立的分布在不同的计算机上完成工业库数据、关系库数据等的计算分析。支持脚本编辑计算分析方法；支持嵌入用户自定义DLL函数包；支持分布式部署计算执行、配置；
KingA&E是基于工业历史数据的、实时在线的事件监测工具，它能够独立的分布在不同的计算机上完成工业库数据、关系库数据等的检查分析，确定事件的发生。支持用户自定义报警、预警脚本；用户可以定义类似“以当前增长率计算，5分钟后将达到报警状态”这一类的预警分析。
KingSchedule是一个预案部署与执行平台。用户可以预定义预案执行步骤和执行资源；当满足触发条件后，监视整个预案执行过程，将执行结果生成报告。
KingModel的主要功能：完成工业库数据的结构化、对象化组织，使得用户可以以空调设备对象为单位组织数据、获取数据，进行数据的展示。

3.5 数据展示
KingGraphic是一个独立组态画面系统，它能够为用户提供精美绚丽的二维、仿三维画面，为用户提供数据模型、图形模型，使得用户为一种空调只需要开发一幅画面，就可以展示所有这一类空调的数据，空调名称的切换，完成所有展示数据点数据的切换。

图：采油计量系统

图：储油罐区

该平台为用户提供功图、宏观控制图等石油行业专用的数据分析控件。

图：功图分析

图：宏观控制图

历史回放技术为客户提供追溯的新途径。采用动画放映的方式，使得工程师可以直观的查看历史数据。
KingReport是基于Excel的报表系统，通过运用excel强大的图表功能，使用户可以制作各类数据图表。同时为用户提供定时报表生成和不同的报表发送方式，如：邮件、即时消息、特定路径存储等。
KingPortal是为Web数据展示提供的Web服务工具，它能够独立的完成百科全书的Web数据展示，也可以将百科全书的数据展示工程封装为Web格式，即KingWebGraphic等，供其它的Web系统调用，如ERP系统等。
4、系统性能

4.1 主要功能
提供了一种全国范围内乃至全球范围的企业集团分布数据的集中监控、分析及展示解决方案；
在线设备管理，支持在线设备更换、添加；
自动监测异常发展趋势，实现在线预警；
支持断点续传和数据缓存，保持数据的完整性。
基于工业库的历史数据，客户可以建立数学模型，进行设备性能分析与系统报表，提供了新的增值空间和强大的市场竞争力；
支持对设备运行状态、企业生产数据长达10年的历史数据的分析决策，轻松实现历史数据的分析，为提高生产效率提供充分的信息保障；
完全分布式、平台开放式系统结构，满足客户不断发展信息需求；
基于Internet网络的部署，使得方案更易于实施；

4.2 技术性能
存储速度每秒超过300，000点；
任意变量任意一天的历史数据（数据量为10，000条记录）不超过5秒；
单点工业库服务器稳定支持1，000，000点；
支持多达256个并发客户同时存储和检索数据；
高效的数据压缩算法保证最小的存储空间；
功能强大的计算引擎，可进行各种计算、分析，事件检测；
提供功能强大的趋势比较、趋势分析、报表系统、画面系统。

5、总结
亚控科技的石油物联网解决方案，基于先进的开放平台式系统方案，完全基于物联网技术、Internet技术，提供了在线的设备管理，无论是采油现场，还是计量、集控中心，或者采油厂、石油公司管理层，都可以通过可视化管理工具进行现场监控与分析决策，实现对多个远程生产系统的集中监测、分析和决策。本解决方案是石油开采过程管理的可靠的开放的信息化平台。