【正文】 用前景物聯(lián)網(wǎng)在油田的應(yīng)用前景姓名：楊承欣； 單位：陸上作業(yè)區(qū)采油七區(qū)；摘要：在信息化時(shí)代的今天，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)在各行各業(yè)逐步推開(kāi)和深入，例如車(chē)載通訊和智能交通、農(nóng)產(chǎn)品的跟蹤溯源、智能家電、自動(dòng)物流監(jiān)控等等，溫家寶總理在今年的政府工作報(bào)告中指出：“今年要加大培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用?！笨梢?jiàn)智能化、信息化是世界的發(fā)展方向，本文著重探討和研究石油行業(yè)里一些具體能夠利用現(xiàn)代通訊手段進(jìn)行智能化的設(shè)備和監(jiān)控單元，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化油田的目標(biāo)。關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化油田、自動(dòng)監(jiān)控1．物聯(lián)網(wǎng)1．1 物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介物聯(lián)網(wǎng)的概念是1999年提出來(lái)的，其英文名稱(chēng)是“The Internet of things”。由此，顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶(hù)端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。1．2 物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成從技術(shù)架構(gòu)上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，可燃?xì)怏w濃度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID 標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源，其主要功能是識(shí)別物體，采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(hù)（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。1．3 物聯(lián)網(wǎng)的特征首先，它是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的多種類(lèi)型傳感器，每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不同類(lèi)別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，按一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息，不斷更新數(shù)據(jù)。其次，它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)各種有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器定時(shí)采集的信息需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，由于其數(shù)量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過(guò)程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時(shí)性，必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。還有，物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù)，擴(kuò)充其應(yīng)用領(lǐng)域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同用戶(hù)的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。1．4 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景和政策扶持 物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)發(fā)展方向：任何時(shí)間：由只在工作時(shí)發(fā)展到全天候；任何地點(diǎn)：由只在個(gè)人電腦發(fā)展到室內(nèi)任一臺(tái)電腦，再到戶(hù)外任意終端，再到移動(dòng)終端；任何事物：由最初的兩臺(tái)電腦連接到兩個(gè)操作電腦的人之間的交互，再到人與事物間的交互，到最終發(fā)展成物與物的交互（即M2M）。M2M不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)在機(jī)器和機(jī)器之間的傳輸，更重要的是，它是機(jī)器和機(jī)器之間的一種智能化、交互式的通信。也就是說(shuō)，即使人們沒(méi)有實(shí)時(shí)發(fā)出信號(hào)，機(jī)器也會(huì)根據(jù)既定程序主動(dòng)進(jìn)行通信，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)智能化地做出選擇，對(duì)相關(guān)設(shè)備發(fā)出正確的指令?？梢哉f(shuō)，智能化、交互式成為了M2M有別于其它應(yīng)用的典型特征，這一特征下的機(jī)器也被賦予了更多的“思想”和“智慧”。據(jù)有關(guān)部門(mén)保守預(yù)測(cè)，M2M服務(wù)市場(chǎng)將保持每年25％的增長(zhǎng)，2010年產(chǎn)值有望達(dá)到80億美元。在中國(guó)，至2012年國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)容量將達(dá)到一億部終端的規(guī)模。隨著包括設(shè)備、通訊、管理軟件等技術(shù)的深化，M2M 產(chǎn)品成本的下降，M2M業(yè)務(wù)將逐漸走向成熟，目前，M2M 技術(shù)已經(jīng)在歐洲和韓國(guó)實(shí)現(xiàn)商用，主要應(yīng)用在安全監(jiān)測(cè)、機(jī)械服務(wù)和維修業(yè)務(wù)、自動(dòng)售貨機(jī)、公共交通系統(tǒng)、車(chē)隊(duì)管理、工業(yè)流程自動(dòng)化、電動(dòng)機(jī)械、城市信息化等領(lǐng)域。人們紛紛看好了M2M的發(fā)展前景。一個(gè)出發(fā)點(diǎn)就是，在當(dāng)今世界上，機(jī)器的數(shù)量至少是人的數(shù)量的4倍，這意味著巨大的市場(chǎng)潛力。預(yù)測(cè)，2010年全球?qū)⒂谐^(guò)4000億臺(tái)的機(jī)器具備數(shù)據(jù)傳輸功能，取代人力控制和操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能管理和服務(wù)。溫家寶總理在無(wú)錫考察傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)時(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展作重要指示，中國(guó)政府將M2M通信技術(shù)列入“十一五”規(guī)劃國(guó)家級(jí)重點(diǎn)通信項(xiàng)目，各國(guó)政府均將信息化提升為國(guó)家戰(zhàn)略。2．我區(qū)目前自動(dòng)化現(xiàn)狀 由于油井的離散分布式特點(diǎn)，所以每口單井配備一個(gè)監(jiān)控終端單元，通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)將收集到的油井工況數(shù)據(jù)發(fā)送到安裝在計(jì)量間的無(wú)線(xiàn)信號(hào)接收單元，再轉(zhuǎn)換成有線(xiàn)信號(hào)接入交換機(jī)傳到中控室。目前這個(gè)監(jiān)控終端負(fù)責(zé)收集的信息有油壓、套壓（分別由兩個(gè)依靠電池供電、量程范圍配套的壓力傳感器將數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)奖O(jiān)控單元）、載荷（由一個(gè)依靠太陽(yáng)能充電的載荷傳感器將抽油機(jī)一個(gè)沖程內(nèi)的載荷數(shù)據(jù)和驢頭定位數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)奖O(jiān)控單元，其內(nèi)部有一個(gè)速度感應(yīng)器，依靠驢頭在上下死點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度為零來(lái)定位上下死點(diǎn)的位置，如果抽油機(jī)沖次太慢則誤差較大）、三相電流（由三個(gè)電流互感器直接將數(shù)據(jù)輸入監(jiān)控單元）。目前存在的主要問(wèn)題是傳感器可靠性差，中控室時(shí)常錄取不到功圖，傳感器供電問(wèn)題、信號(hào)紊亂、無(wú)信號(hào)等各種因素都有，不過(guò)廠(chǎng)家也不厭其煩地在調(diào)試、改進(jìn)。2．2 防盜及視頻監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)每個(gè)井場(chǎng)都配備了至少兩個(gè)攝像頭，確保沒(méi)有照攝不到的死角，需要固定角度照攝的配有高分辨率廣角攝像頭，還有可全方位調(diào)整照攝角度的紅外攝像頭，攝像頭連接編碼器，編碼器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)接入交換機(jī)。同時(shí)每個(gè)井場(chǎng)還配有功放，連接一個(gè)擴(kuò)音器，可通過(guò)中控室向井場(chǎng)的人員喊話(huà)。在中控室的監(jiān)控電腦上可以安裝一個(gè)程序，該程序可以調(diào)出井場(chǎng)的監(jiān)控畫(huà)面，并且可以在屏幕上畫(huà)出一些線(xiàn)條和閉合的多邊形，只要在攝像頭固定角度的時(shí)候，如果有變化的色彩碰觸到這些畫(huà)好的線(xiàn)條或進(jìn)出閉合的多邊形，就會(huì)發(fā)出報(bào)警，以這種非智能的方式間接提醒工作人員注意井場(chǎng)的動(dòng)態(tài)。夜間，井場(chǎng)需配備一定亮度的探照燈，才能實(shí)施監(jiān)控，遇到雷雨天氣攝像頭出現(xiàn)故障的概率就會(huì)高一些。2．3計(jì)量間、集輸站自動(dòng)化計(jì)量間的自動(dòng)化主要方向就是操作，附帶著一定量的監(jiān)控和傳感數(shù)據(jù)。中控室發(fā)出指令，通過(guò)PLC傳送到某個(gè)電動(dòng)執(zhí)行裝置進(jìn)行動(dòng)作，從而完成計(jì)量倒閥任務(wù)，需要監(jiān)控分離器液位變化，記錄上液時(shí)間，監(jiān)控分離器壓力、出口壓力、單井來(lái)液溫度、閥位狀態(tài)，還有一個(gè)計(jì)量間內(nèi)可燃?xì)怏w濃度傳感器，這些數(shù)據(jù)都直接傳送到PLC，PLC連接交換機(jī)。2．4車(chē)輛GPS監(jiān)控中控室配有一臺(tái)專(zhuān)門(mén)監(jiān)控采油區(qū)所有車(chē)輛的電腦，安裝有GPS客戶(hù)端，可以對(duì)所有車(chē)輛的地理位置、運(yùn)行車(chē)速、車(chē)內(nèi)操作進(jìn)行監(jiān)控和記錄。不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可以調(diào)出歷史記錄進(jìn)行回放，對(duì)違章行為進(jìn)行追責(zé)，促進(jìn)行車(chē)的安全。3．物聯(lián)網(wǎng)在采油區(qū)的應(yīng)用前景縱觀目前油區(qū)的自動(dòng)化現(xiàn)狀，還不能完全稱(chēng)之為物聯(lián)網(wǎng)，但是現(xiàn)在的狀態(tài)是處在向物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)過(guò)程中的初步發(fā)展階段，如果想進(jìn)一步向物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，大多數(shù)的設(shè)備都不需要完全廢除，只需給相應(yīng)的設(shè)備添加一些更加智能的芯片，網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量再擴(kuò)充一下，或改用覆蓋更加廣泛、信號(hào)更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)資源（例如由三大運(yùn)營(yíng)商提供的3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)），就可以稱(chēng)得上是物聯(lián)網(wǎng)了。下面我就從構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層面：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層分別探討在油田的可行性和構(gòu)想。3．1感知層感知層好比人的眼睛、耳朵、鼻子，負(fù)責(zé)收集信息，在采油生產(chǎn)過(guò)程中所要收集的信息類(lèi)型主要包括壓力、載荷、電流值，進(jìn)入計(jì)量間采集的信息有溫度、可燃?xì)怏w濃度、液位數(shù)據(jù)、閥位狀態(tài)等，這些信息都有相對(duì)應(yīng)的傳感器負(fù)責(zé)收集，只需要單向傳遞到中控室，工作人員負(fù)責(zé)監(jiān)控，所以沒(méi)有必要再往更加智能的方向升級(jí)。但是載荷傳感器可以考慮，因?yàn)樗?fù)責(zé)產(chǎn)生油井的一項(xiàng)十分重要的數(shù)據(jù)——功圖，石油工程技術(shù)人員就是依靠功圖來(lái)間接判斷井下抽油泵的工況，判斷出工況才能具體實(shí)施不同的下一步措施，否則一出問(wèn)題就不知什么原因，無(wú)從決定下一步工作，只能上作業(yè)檢泵，使生產(chǎn)成本增加。如果把載荷傳感器納入物聯(lián)網(wǎng)的范疇，使技術(shù)人員在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，使用定制的或者通用的終端都能讀取到某口井的功圖，將極大的提高油井的管理水平。由于功圖的重要性，為了減少自動(dòng)化系統(tǒng)中其他因素對(duì)載荷錄取的影響，建議功圖的讀取從現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)中脫離出去，建立一套獨(dú)立的系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行智能升級(jí)，向物聯(lián)網(wǎng)定義的方向發(fā)展。由于本人是非專(zhuān)業(yè)人士，具體的實(shí)施方案可行與否，以及更深層次的技術(shù)細(xì)節(jié)無(wú)從得知，我只能根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)的、已經(jīng)應(yīng)用的類(lèi)似事物做大膽的構(gòu)想。例如我們?nèi)巳硕加械氖謾C(jī)，從最初的只能打電話(huà)，到可以發(fā)短信，再到可以上網(wǎng)、拍照、播放音樂(lè)和視頻，其實(shí)當(dāng)手機(jī)可以上網(wǎng)的時(shí)候，說(shuō)明它具備了收發(fā)數(shù)據(jù)的功能，此時(shí)它又是一個(gè)接入互聯(lián)網(wǎng)的物體，從另一個(gè)定義去說(shuō)，使用手機(jī)就可以算是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用了。我的構(gòu)想簡(jiǎn)單地說(shuō)就是把載荷傳感器制作成一部可以錄取功圖數(shù)據(jù)的3G手機(jī)，當(dāng)然因?yàn)槟康牟煌?，通?huà)功能、拍照功能、音樂(lè)播放功能等都可以去掉，只需要定時(shí)發(fā)送功圖數(shù)據(jù)，接收一些簡(jiǎn)單的命令就可以了，網(wǎng)絡(luò)方面可以利用中國(guó)三大電信運(yùn)營(yíng)商的3G網(wǎng)，基本上可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地讀取某口井的功圖。如下圖：3．2網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息，也就是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。我區(qū)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀是：比較集中的計(jì)量間與計(jì)量間之間都是用光纖連接的，每個(gè)計(jì)量間都有一部交換機(jī)，是華為3Com公司出品的H3C 3600交換機(jī)，有四個(gè)光模塊接口，24個(gè)RJ45接口，質(zhì)量上乘，網(wǎng)絡(luò)比較穩(wěn)定，問(wèn)題主要涉及埋地光纖，因?yàn)橛吞锩刻旄鞣N施工比較多，生產(chǎn)部門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督人員往往也不熟悉自動(dòng)化部門(mén)的情況，所以經(jīng)常出現(xiàn)光纖毀壞的情況，因此往后的建設(shè)施工都優(yōu)先考慮光纖架空。比較偏遠(yuǎn)的井場(chǎng)，油井又不是很多，產(chǎn)量也不高，或者鋪設(shè)光纖成本較高的井場(chǎng)，比如我區(qū)有兩個(gè)井場(chǎng)與中控室之間隔有一條河，這些情況采用的是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋傳輸，但是網(wǎng)絡(luò)極其不穩(wěn)定，我懷疑廠(chǎng)家使用的是IEEE ，傳輸速度11Mbps，實(shí)際傳輸速率是4Mbps到6Mbps，如果加入視頻監(jiān)控，丟包問(wèn)題很?chē)?yán)重，基本上自動(dòng)化變成了半自動(dòng)化。，或者添加一個(gè)CDMADTU接入中國(guó)電信的CDMA網(wǎng)絡(luò)，該設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS 485 或者RS 232 接口，把串口數(shù)據(jù)通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行透明傳輸，可直接與數(shù)據(jù)采集器、智能儀表、PLC、單片機(jī)控制器等廣泛用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)終端和網(wǎng)管平臺(tái)的雙向通信。這種設(shè)備目前很多廠(chǎng)家可以生產(chǎn)，并且通過(guò)中國(guó)電信認(rèn)證，中國(guó)電信免費(fèi)提供應(yīng)用對(duì)接測(cè)試平臺(tái)。DTU3．3應(yīng)用層應(yīng)用層主要涉及到中控室的電腦，安裝相應(yīng)的程序，實(shí)施智能分析與控制、信息的挖掘、行業(yè)增值應(yīng)用等。我們現(xiàn)在的情況遠(yuǎn)未達(dá)到起初設(shè)想的目標(biāo)，比如登錄北京安控建設(shè)的冀東油田信息發(fā)布平臺(tái)，里面的查詢(xún)系統(tǒng)、一井一法管理系統(tǒng)中都有許多相當(dāng)好的應(yīng)用，只是由于感知層收集的數(shù)據(jù)并不完整和準(zhǔn)確，所以應(yīng)用層的應(yīng)用也就無(wú)法開(kāi)展。不過(guò)相信隨著技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)備的完善，人們勇往直前的摸索和嘗試，總是會(huì)進(jìn)步的。4．結(jié)束語(yǔ)目前，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與全球同處于起步階段，初步具備了一定的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用基礎(chǔ)，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具基礎(chǔ)，技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)研制取得突破，應(yīng)用推廣初見(jiàn)成效。盡管我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)研制和應(yīng)用拓展等領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但應(yīng)清醒的認(rèn)識(shí)到，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展還存在一系列瓶頸和制約因素，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：核心技術(shù)和高端產(chǎn)品與國(guó)外差距較大，高端綜合集成服務(wù)能力不強(qiáng)，缺乏骨干龍頭企業(yè)，應(yīng)用水平較低，且規(guī)?；瘧?yīng)用少，信息安全方面存在隱患等。以鄧小平理論和“三個(gè)代表”重要思想為指導(dǎo)，深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，把握世界新科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的歷史機(jī)遇，抓住我國(guó)加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的契機(jī)，加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，促進(jìn)協(xié)同發(fā)展；加強(qiáng)自主創(chuàng)新，注重應(yīng)用牽引；加強(qiáng)監(jiān)督管理，保障信息安全；加強(qiáng)政策扶持，優(yōu)化發(fā)展環(huán)境。重點(diǎn)突破核心技術(shù)，研制關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，拓展規(guī)模應(yīng)用，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)體系，為我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展并在新一輪國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)將是下一個(gè)推動(dòng)世界高速發(fā)展的“重要生產(chǎn)力”！