石油炼化企业物联网思考范文

一、炼化企业物联网架构

通过调研石化企业业务现状和软硬件设施，结合物联网理论，炼化物联网宜采用三层架构模式。采集层通过智能终端技术、RFID技术、视频监控技术和空间测绘技术等实现对现场对象信息的感知，实现人员位置数据采集、生产过程数据采集、现场巡检数据采集、设备运行数据采集、空间数据采集、现场视频数据采集、化工品数据采集、基础信息采集等功能；传输层通过无线网络技术与有线网络技术结合，实现现场数据的实时上传；应用层对数据的分析和处理，实现对业务智能化的管理和控制。

二、物联网重要功能

生产数据采集生产数据包括温度、压力、流量、液位、能耗及重点排污口等生产过程数据，还包括动设备振动、位移等运行状态数据。生产数据采集通过现场的传感器等感知设备实现。国内石化企业需要重点提高生产数据采集水平，特别是数据自动采集率较低的罐区和各装置之间的公用工程设施，配备在线状态监测设备，实现对机组级泵的数据采集和在线监测，为巡检人员配备智能巡检终端，实现巡检业务操作和数据录入以及设备的属性、状态等数据采集，对企业已有视频监控点进行数字化转换、整合和集成，并采集罐区气体泄漏、火灾等智能分析数据；采集周界入侵信号，实现实时监控周界安全状况。

人员定位数据采集可以应用于炼化企业人员定位的方案主要有卫星定位、工业无线网定位和RFID定位技术三种。卫星定位方案是以导航卫星定位技术为主，结合运营商2G/3G网络辅助定位，定位精度约20米。进入生产区的人员佩带内置卫星定位模块的定位终端，搜索导航卫星数据，计算得到定位结果，通过3G网络传输至定位管理平台，定位平台即可追踪每个佩带标签的工作人员的位置。卫星定位方案优点是不需要布置定位设备和网络，部署简单方便。缺点是定位精度受限，且只适用于无遮盖物的室外环境。射频识别通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，根据接收信号强度定位的RSSI技术目前应用较为成熟，基本原理是射频信号的衰减量与距离的平方成反比，己知发射信号的功率，通过检测接收信号的功率强度，即可得到信号传输的距离。RFID定位多应用于小范围区域，特别是室内定位领域。另外使用无线传输网络定位的原理与之相似，通过在装置内部部署无线AP实现人员定位，拓扑结构灵活、覆盖面较广。定位时，由车间（装置）管理人员对需要进入生产区的非巡检人员进行信息统计和录入，配发定位终端并关联人员信息；而巡检人员则通过专有的定位终端或者通过巡检终端登录系统关联个人信息。

空间数据模型空间数据模型包括炼化企业厂区的地形地貌、装置及设备等空间信息。可以借助目前成熟的数字化工厂3D测绘建模技术，得到静态空间数据。数字化工厂3D模型误差为2~5mm，是实体物理装置的一种真实“镜像”，也可以切换到实体的物理图像，进行空间结构与空间关系的精准测量。对于一些较老的炼化企业，可以采用较为经济的2维平面模型。重要化工品仓储数据采集炼化企业固体化工产品基本以袋装或托盘的方式进行仓储和出入库管理，宜采用已广泛应用于物流环节的成熟RFID技术。RFID无源标签标识产品批次、下线时间等信息，通过手持RFID读写设备自动识别和跟踪托盘在库房内摆放的区域和位置、进行库存盘点和出入库操作。

传输层建设传输层建设重点在企业无线网络。采集层的定位、巡检和现场作业等数据的数据量大，移动性强；泵群、无线仪表的感知数据较为专业化，频次高，数据量小，建议分别建立满足这两种需求的企业无线网络。无线传输网络技术包括3G技术（3G-WCDMA、3G-CDMA2000、TD-SCDMA）、4G技术（4G-LTE）以及工业无线网技术，正在快速发展并应用到国内外各行业实际管理工作中。运营商VPDN3G是运营商针对企业用户推出的移动专用网，基于3G无线接入方式，利用L2TP加密隧道传输协议，在现有的拨号网络上构建一条虚拟的、不受外界干扰的专用通道，从而实现VPN方式访问连接企业内部网资源。Wi-Fi技术基于IEEE802.11协议，信号传输半径在无遮挡情况下一般可达数十米。Wi-Fi的特点是信号覆盖较广、高速率传输、通讯协议统一，支持产品多，易扩展升级，但防冲突能力较弱，容易受外部强信号干扰。防爆基站出现后，许多工业环境下也使用Wi-Fi技术作为无线传输网络。无线传感网（WSN）是由大量静止或移动的传感器构成的无线网络，协同工作，感知、采集、处理和传输信息。以Zigbee和WirelessHART应用较为广泛。基于2.4GHz工作频率的Zigbee设备传输速率250kpbs，功耗低，部署成本较WIFI低廉，较为成熟。WirelessHART工作频率和传输速率与Zigbee类似，出现时间较晚，抗干扰能力较强，得到艾默生和霍尼韦尔等国际大公司支持，价格相对较高。

应用层架构软件技术架构应至少包括基础软件、支持软件和应用软件三部分。基础软件提供基于硬件之上的基本运行环境，包括操作系统、集群管理、数据库和文件管理软件；支持软件作为基础软件和应用软件的中间协调和处理部分；应用软件直接提供面向用户的业务服务，实现定位与巡检、状态监测、数字化工厂等功能，并提供网络、标签等主要设备的监控和管理功能，如数字化平台集成应用软件、视频监控集成应用软件、巡检管理软件、人员定位软件、生产监测分析软件和开发平台软件等。

三、物联网相关的数据集成

企业中的物联网是一个集中的数据和服务平台，与外部系统的数据交互和应用交互多，为了实现协同和共享，应统一的集成架构和接口方案。物联网与炼油与化工运行系统、先进计划系统、油品调合系统、流程模拟与仿真系统、地理信息系统、能耗管理系统、安全环保系统、等外部系统之间存在着较为频繁的数据关联。因此，以上各系统应和炼化应用集成平台建立接口，实现系统间的数据交换。系统集成建议使用面向服务的架构(SOA)，以企业数据总线、服务总线为核心组件，通过数据总线的方式实现数据的交换，通过服务总线的方式实现应用和业务流程的集成，满足企业生产业务流程的协同和生产数据的集成应用，最大程度地推动信息的共享与交互，使得企业能够在更准确、更及时、更全面地信息支持和依据下，更加精确、高效地完成业务应用。结束语炼化企业物联网建设是一个需要持续投入改进的长期过程，鉴于国内大多数炼化企业现状，应着重提高装置数据采集能力，引入各种无线传输手段，并在数据应用和集成统一上下大功夫。物联网建设成效显著，能够提升企业管理水平和竞争能力，使企业未来发展更加高效顺畅。

作者：曹巍庞亚宾张强单位：兰州石化公司