炼化物联网系统的设计与实施

孙毅 马超

[摘    要] 十二五期间，随着中石油勘探开发及炼油化工业务的发展，加之信息技术的深入变革，石油勘探及炼化领域为物联网技术的应用打开了大门。在生产操作层面，实时获取现场生产作业区，人员及车辆等各项现场数据信息，实现物与物，物与人，人与人的有效互联互动，为企业精细管理、智能管理提供技术支撑。本文结合炼化物联网项目在中国石油克拉玛依石化有限责任公司的实施过程，介绍了炼化物联网系统总体架构及总体设计与实现方法。

[关键词] 物联网技术;互联互动;精细管理

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 17. 041

[中图分类号] F270.7    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2019）17- 0101- 03

0      前    言

中国石油克拉玛依石化有限责任公司按照中石油“统一规划、统一标准、统一设计、统一投资、统一建设、统一管理”的原则，进行了炼化物联网系统项目的组织和实施工作。炼化物联网系统位于炼化生产过程控制层，起到了承上启下的作用，向下主要采集基础层的各类现场数据，实现联人、联物，建设基础层面数据平台。向上主要为上层生产运行等各专业应用系统提供现场数据支持。系统业务主要面向操作执行相关业务，覆盖生产管理，安全管理和设备资产管理等，为企业实现精细管理提供重要支撑。

1      物联网项目背景

1.1   是落实国家发展战略的需要

国家高度重视物联网建设和应用，将物联网列入七大战略性新兴产业之一，并于2012年2月发布了“物联网十二五发展规划”。物联网技术应用是实现两化深度融合的突破口。

1.2   是提高企业生产现场安全管控能力的需要

炼化物联网建设以保障炼化生产现场安全、装置稳定运行为目标，应用多种物联网技术手段，建设服务于生产、设备、安全等业务领域的数字化现场管控平台。

2      物联网项目目标

人的行为是安全生产、稳定运行的关键要素，因此本期试点应用建设，将首先对生产现场人员管控实现精细化管理，保障人员安全。具体目标如下：

协助企业完成覆盖生产区的4G无线网络建设，为后续智能化应用建设和泛在的前端仪表和设备数据采集提供网络基础。建设人员安全管理模块，通过前端定位终端设备和后台信息系统的应用，实现生产区属地人员精细化管理。

3      物联网项目设计与实施

3.1   功能架构方案

系统主要功能包括数据采集、数据传输和人员安全管理模块。

人员位置数据采集主要包括人员位置信息和现场报警信息。其中人员位置信息包括终端的经度、纬度、高度和终端ID的采集。现场报警信息采集包括人员长期静止报警信息，人员进入危险区域报警信息的采集。

炼化物联网传输层的基本功能是连接上层应用层与下层感知层，将采集层设备采集的数据传输至上层应用平台。传输层建设主要包括：企业有线网、企业无线网、网络管理三个子模块传输层具备的主要功能包括无线接入、移动接入、准入控制、访问控制、加密传输、配置管理、运行监控和记录审计。

生产区人员安全管理是根据厂区人员携带的定位终端实时回传的定位信息，对生产区内人员位置进行在线显示，并通过异常报警、人员位置搜索、轨迹回放等功能，及时了解人员的安全状态，以及在进行救援时提供指导和帮助，实现厂区人员的安全管理。生产区人员安全管理包括人员安全系统管理、基础信息维护、定位终端管理、定位终端报警、人员定位、人员异常报警和电子围栏进出管理模块。其功能架构如图1所示。

3.2   技术架构方案

3.2.1   数据采集方案

人员定位信息采集通过卫星定位模块获得经纬度，同时采用射频识别技术，获得所经过的标签编码信息，通过在后台进行匹配获取标签所在位置的实际经纬度信息。如图2所示。

3.2.2   数据传输方案

采用运营商4G无线网络资源，通过VPN的方式，建设企业虚拟4G无线专网。采用双网卡隔离服务器，实现数据从运营商网络到企业内网的隔离与安全。具体的网络接入方案如图3所示。

图3中，无线传输网采用运营商4G VPN虚拟专网方案，充分保护和利用现有网络资源，同时通过VPN方式实现终端入网的虚拟通道和数据传输加密。现场数据经运营商接入专线、LNS路由器和防火墙后，接入企业核心交换机，并与炼化物联网系统应用进行数据交互。

3.2.3   物理部署方案

基础架构共部署2台物理服务器、1台网络交换机、1台防火墙、1台LNS路由器;架构整体方案设计通过Hyper-V虚拟化满足项目应用系统的部署;项目接入网络、运营商4G专网通过防火墙设备的安全隔离与企业办公网、应用系统进行数据访问。

3.2.4   软件技术方案

系统开发采用分层模式，是一种很常用且很重要的软件体系结构模式，利用该模式不仅可以提高软件系统的开发效率、缩短开发周期以及降低开发费用，而且可以提高系统的可维护性、可扩展性、可伸缩性、稳定性以及安全性。本项目技术开发架构采用分层模式，用户通过浏览器访问Web服务器（B/S），所有应用逻辑部署在服务器端，可分为：表现层、服务层、业务层、数据层。

3.3   人员安全管理系统功能

通过双模定位技術及室内标签辅助定位技术获取终端的位置坐标，经企业4G专网接入中间件软件进行数据处理与转发，以支持网页端的人员定位应用。系统还可及时探测人员主动呼救报警、长期静止报警、人员越界报警等信息，并进行报警提示及响应 。

4      结    论

中国石油克拉玛依石化有限责任公司物联网系统自2018年2月28日上线至今，已在全厂各个车间范围内得到了普遍应用，为克拉玛依石化实现自动化、数字化、可视化、模型化、集成化的智能炼化企业打下坚实基础。通过物联设备和技术的应用，使现场操作更加规范化、协同化、科学化和智能化，使人员安全和生产环境安全的监控和管理更加主动、及时和准确，进一步加强了企业生产操作和安全管控能力，提高了企业精细化管理水平。

主要参考文献

[1]中国石油克拉玛依石化有限责任公司.炼化物联网人员安全管理系统培训材料[Z].2018-05-08.

[2]曹巍，庞亚宾，张强.石油炼化企业物联网建设思考[J].信息系统工程，2014（4）：25-26.