石油煉化企業物聯網思考范文

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一、煉化企業物聯網架構

通過調研石化企業業務現狀和軟硬件設施，結合物聯網理論，煉化物聯網宜采用三層架構模式。采集層通過智能終端技術、RFID技術、視頻監控技術和空間測繪技術等實現對現場對象信息的感知，實現人員位置數據采集、生產過程數據采集、現場巡檢數據采集、設備運行數據采集、空間數據采集、現場視頻數據采集、化工品數據采集、基礎信息采集等功能；傳輸層通過無線網絡技術與有線網絡技術結合，實現現場數據的實時上傳；應用層對數據的分析和處理，實現對業務智能化的管理和控制。

二、物聯網重要功能

生產數據采集生產數據包括溫度、壓力、流量、液位、能耗及重點排污口等生產過程數據，還包括動設備振動、位移等運行狀態數據。生產數據采集通過現場的傳感器等感知設備實現。國內石化企業需要重點提高生產數據采集水平，特別是數據自動采集率較低的罐區和各裝置之間的公用工程設施，配備在線狀態監測設備，實現對機組級泵的數據采集和在線監測，為巡檢人員配備智能巡檢終端，實現巡檢業務操作和數據錄入以及設備的屬性、狀態等數據采集，對企業已有視頻監控點進行數字化轉換、整合和集成，并采集罐區氣體泄漏、火災等智能分析數據；采集周界入侵信號，實現實時監控周界安全狀況。

人員定位數據采集可以應用于煉化企業人員定位的方案主要有衛星定位、工業無線網定位和RFID定位技術三種。衛星定位方案是以導航衛星定位技術為主，結合運營商2G/3G網絡輔助定位，定位精度約20米。進入生產區的人員佩帶內置衛星定位模塊的定位終端，搜索導航衛星數據，計算得到定位結果，通過3G網絡傳輸至定位管理平臺，定位平臺即可追蹤每個佩帶標簽的工作人員的位置。衛星定位方案優點是不需要布置定位設備和網絡，部署簡單方便。缺點是定位精度受限，且只適用于無遮蓋物的室外環境。射頻識別通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，根據接收信號強度定位的RSSI技術目前應用較為成熟，基本原理是射頻信號的衰減量與距離的平方成反比，己知發射信號的功率，通過檢測接收信號的功率強度，即可得到信號傳輸的距離。RFID定位多應用于小范圍區域，特別是室內定位領域。另外使用無線傳輸網絡定位的原理與之相似，通過在裝置內部部署無線AP實現人員定位，拓撲結構靈活、覆蓋面較廣。定位時，由車間（裝置）管理人員對需要進入生產區的非巡檢人員進行信息統計和錄入，配發定位終端并關聯人員信息；而巡檢人員則通過專有的定位終端或者通過巡檢終端登錄系統關聯個人信息。

空間數據模型空間數據模型包括煉化企業廠區的地形地貌、裝置及設備等空間信息。可以借助目前成熟的數字化工廠3D測繪建模技術，得到靜態空間數據。數字化工廠3D模型誤差為2~5mm，是實體物理裝置的一種真實“鏡像”，也可以切換到實體的物理圖像，進行空間結構與空間關系的精準測量。對于一些較老的煉化企業，可以采用較為經濟的2維平面模型。重要化工品倉儲數據采集煉化企業固體化工產品基本以袋裝或托盤的方式進行倉儲和出入庫管理，宜采用已廣泛應用于物流環節的成熟RFID技術。RFID無源標簽標識產品批次、下線時間等信息，通過手持RFID讀寫設備自動識別和跟蹤托盤在庫房內擺放的區域和位置、進行庫存盤點和出入庫操作。

傳輸層建設傳輸層建設重點在企業無線網絡。采集層的定位、巡檢和現場作業等數據的數據量大，移動性強；泵群、無線儀表的感知數據較為專業化，頻次高，數據量小，建議分別建立滿足這兩種需求的企業無線網絡。無線傳輸網絡技術包括3G技術（3G-WCDMA、3G-CDMA2000、TD-SCDMA）、4G技術（4G-LTE）以及工業無線網技術，正在快速發展并應用到國內外各行業實際管理工作中。運營商VPDN3G是運營商針對企業用戶推出的移動專用網，基于3G無線接入方式，利用L2TP加密隧道傳輸協議，在現有的撥號網絡上構建一條虛擬的、不受外界干擾的專用通道，從而實現VPN方式訪問連接企業內部網資源。Wi-Fi技術基于IEEE802.11協議，信號傳輸半徑在無遮擋情況下一般可達數十米。Wi-Fi的特點是信號覆蓋較廣、高速率傳輸、通訊協議統一，支持產品多，易擴展升級，但防沖突能力較弱，容易受外部強信號干擾。防爆基站出現后，許多工業環境下也使用Wi-Fi技術作為無線傳輸網絡。無線傳感網（WSN）是由大量靜止或移動的傳感器構成的無線網絡，協同工作，感知、采集、處理和傳輸信息。以Zigbee和WirelessHART應用較為廣泛。基于2.4GHz工作頻率的Zigbee設備傳輸速率250kpbs，功耗低，部署成本較WIFI低廉，較為成熟。WirelessHART工作頻率和傳輸速率與Zigbee類似，出現時間較晚，抗干擾能力較強，得到艾默生和霍尼韋爾等國際大公司支持，價格相對較高。

應用層架構軟件技術架構應至少包括基礎軟件、支持軟件和應用軟件三部分。基礎軟件提供基于硬件之上的基本運行環境，包括操作系統、集群管理、數據庫和文件管理軟件；支持軟件作為基礎軟件和應用軟件的中間協調和處理部分；應用軟件直接提供面向用戶的業務服務，實現定位與巡檢、狀態監測、數字化工廠等功能，并提供網絡、標簽等主要設備的監控和管理功能，如數字化平臺集成應用軟件、視頻監控集成應用軟件、巡檢管理軟件、人員定位軟件、生產監測分析軟件和開發平臺軟件等。

三、物聯網相關的數據集成

企業中的物聯網是一個集中的數據和服務平臺，與外部系統的數據交互和應用交互多，為了實現協同和共享，應統一的集成架構和接口方案。物聯網與煉油與化工運行系統、先進計劃系統、油品調合系統、流程模擬與仿真系統、地理信息系統、能耗管理系統、安全環保系統、等外部系統之間存在著較為頻繁的數據關聯。因此，以上各系統應和煉化應用集成平臺建立接口，實現系統間的數據交換。系統集成建議使用面向服務的架構(SOA)，以企業數據總線、服務總線為核心組件，通過數據總線的方式實現數據的交換，通過服務總線的方式實現應用和業務流程的集成，滿足企業生產業務流程的協同和生產數據的集成應用，最大程度地推動信息的共享與交互，使得企業能夠在更準確、更及時、更全面地信息支持和依據下，更加精確、高效地完成業務應用。結束語煉化企業物聯網建設是一個需要持續投入改進的長期過程，鑒于國內大多數煉化企業現狀，應著重提高裝置數據采集能力，引入各種無線傳輸手段，并在數據應用和集成統一上下大功夫。物聯網建設成效顯著，能夠提升企業管理水平和競爭能力，使企業未來發展更加高效順暢。

作者：曹巍龐亞賓張強單位：蘭州石化公司