1 引言 　　油氣田場站工況采集控制優化系統iPESS作為油氣生產物聯網iProd的重要組成部分是面向油氣生產處理操作過程的成套采集控制系統，通過自動化、信息技術與站場生產的融合，緊緊圍繞生產運行管理，提高生產操作每個單元的自動化程度，實現優化生產運行，在站內設置站控系統，完成站內計量、集輸、注水、給排水等工藝系統主要生產運行參數的集中監測及優化控制，并完成所屬井場和站內重點部位的音視頻數據監控，保證油氣生產處理持續、穩定、高效的運行[1][2]。 2 油氣生產場站自動化與信息化現狀分析 　　目前在油氣田場站自動化與信息化建設領域存在的主要問題如下： （1）油氣場站自動化系統一般針對單一生產單元進行設計，各單元之間協調性與互動性不強[3]； （2）儀表設備與傳輸網絡自身狀態的監測與管理未受到足夠重視[4]； （3）數據未被充分利用，數據資產價值發揮程度有限； （4）油氣田場站相關的專家知識庫與支持系統的功能有待加強。 　　針對上述問題，筆者開展了基于油氣生產物聯網技術的油氣田場站工況采集控制優化系統iPESS的研究與設計。 3 iPESS系統功能構架設計 　　油氣田場站工況采集控制優化系統iPESS按照物聯網的三層結構設計總體框架如圖1所示：

圖1 iPESS總體框架

3.1 感知層 　　場站生產相關信息的全面感知：生產相關人員、車輛、物資信息的實時采集（PDA、GPS、RFID）；實現管網、場庫內各個生產單元信息的全面實時采集（各種傳感器、攝像頭）；主要采集數據如圖2所示： 水源井：壓力、流量、液位； 注水（汽）站：壓力、溫度、流量、電流、電壓、蒸汽干度、有毒有害氣體濃度等； 計量間/中轉站/增壓站：壓力、溫度、流量、液位、有毒有害氣體濃度； 管網泵站：壓力、溫度、流量、液位、含水率、泄漏監測、有毒有害氣體濃度； 處理站/聯合站：壓力、溫度、流量、液位、電流、電壓、含水率、有毒有害氣體濃度。

圖2 感知層設備部署

3.2 傳輸層 　　油氣場站的數據傳輸主要為有線寬帶專網傳輸，對于個別偏遠站庫，可以根據實際的情況確定合適的無線傳輸方案，可供選擇的無線技術包括WSN、McWill、WiMAX、WiFi、GPRS、CDMA、3G、4G以及衛星等。另外場站系統傳輸層能力應該考慮接收與容納附近井場的數據傳輸需求。 　　在傳輸層與設備層之間通過WebAccess軟件作為物聯網設備與網絡管理平臺進行設備狀態、數據質量以及網絡運行狀態的實時監管。實現設備即插、即入、即用、互聯、互通、互換；油氣生產相關人員與系統之間實現：任何時間、任何地點、任何方式的全面互動。

圖3 iPESS系統數據傳輸

3.3 應用層 　　iPESS基于面向油氣企業的云技術（企業私有云），采用可擴展、開放式設計理念將油氣田場站各生產單元相關的軟件技術與管理應用（含第三方軟件模塊接口）整合在一個綜合應用平臺上實現統一管理、信息融合、智能設計、遠程控制、指揮調度。

圖4 iPESS應用基礎平臺

在基礎平臺支持下主要實現以下應用功能： （1）實時數據采集管理 通過DCS或PLC的I/O模塊實時采集站內的溫度、壓力、液位、流量、泵和閥門的狀態、可燃氣體濃度、用電狀況等信號，自動上傳，實時進行數據處理，并進行畫面展示和保存，集中顯示帶運行參數的全站工藝流程圖、單元工藝流程圖等，為管理者提供決策依據。 （2）運行參數診斷優化 對自動采集的站、場、點運行參數處理、分析、診斷、預測，并通過流程圖、總貌、報警、組、趨勢、單點、報表等多種畫面進行顯示，自動學習優化正常運行狀態下工藝參數范圍，并設置預警報警界限，從而在異常情況下實現自動報警預警和運行參數的調整優化等功能。 （3）聯合站集中控制 針對檢測到的參數，實時進行運算，控制對應的調節閥和變頻調速器，從而實現自動倒井計量；摻水恒溫控制、遠程調節注水量或恒壓、恒流控制功能；柱塞泵遠程啟停、柱塞泵變頻器遠程監控；控制三相分離器的壓力、油水液位和界面、穩定塔的壓力和液位、水套爐溫度、污水處理的加藥量等。 （4）安全聯鎖保護 對重點保護的設備實施安全聯鎖保護，如注水泵與軸瓦超溫的聯鎖保護、注水電機與定子超溫的聯鎖保護、輕烴產品儲罐高低液位和進出液泵的聯鎖保護、可燃氣體泄漏連鎖、停爐、加熱爐熄火保護等必要的保護措施。 （5）工況預測與故障預警 在數據挖掘技術與相關專家系統的支持下，通過場站仿真模型，iPESS可以實現場站單元重點設備的仿真運行，并在此基礎上實現工況預測以及故障預警。 （6）生產指揮調度 在場站生產相關人員與設備之間實現全面感知與互聯互通，針對日常狀況以及緊急狀況，iPESS可以更加科學、智能地實現優化指揮調度。 （7）事件記錄和追蹤 對于系統發生的事件，如命令、報警確認、修改設定值、通信口切換、啟停計算機、報表打印等，均被記錄并設置專門的查詢畫面，記錄內容至少應包括時間、事件說明等。還可對值班工作人員的操作和報警事件進行記錄，便于事故責任的追查。 （8）系統安全保障 系統提供多個安全級別，主要包括只讀用戶、操作員、管理員等；為了確保系統運行的安全性，每個操作站可以限定在某個或某幾個授權的區域內進行操作，嚴禁跨區域進行操作。 （9）崗位培訓與應急演練 iPESS在云計算技術的支持下，可以實現油氣站庫系統的完全動態仿真建模，通過虛擬化技術在不影響正常生產的前提下，實現系統對各崗位人員的理論與操作培訓。同時可以依靠云的計算能力調度功能，模擬生產事故，進行應急預案的演練。 4 結束語 　　iPESS既是油氣生產物聯網iProd的重要組成部分，也可以作為獨立的油氣生產局部物聯網系統，為老場站升級改造提供技術方案，由于其先天的物聯網本質，后期可以無縫接入油氣生產物聯網iProd系統中。