楊雪松

中海油信息科技有限公司天津分公司 天津 300452

引言

以超融合技術(shù)為核心的工業(yè)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，已經(jīng)逐漸成為企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主流。工業(yè)數(shù)據(jù)中心（IDC）一體化監(jiān)控平臺(tái)的研究將借鑒成熟的超融合系統(tǒng)構(gòu)架[1]，實(shí)現(xiàn)能夠滿足可擴(kuò)展要求的超融合工業(yè)架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心資源的統(tǒng)一管理，靈活調(diào)度，提高基礎(chǔ)架構(gòu)橫向擴(kuò)展便捷，形成統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)超融合平臺(tái)[2]，完成包括中控系統(tǒng)在內(nèi)的各類數(shù)據(jù)監(jiān)控及操作系統(tǒng)的統(tǒng)一部署管理，建設(shè)后的平臺(tái)將為無人化平臺(tái)提供高性能、高標(biāo)準(zhǔn)、高可用、高彈性、低成本和低風(fēng)險(xiǎn)的自主可控的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

1 海上平臺(tái)的現(xiàn)狀分析

目前海上設(shè)施各類服務(wù)器系統(tǒng)的架構(gòu)中，每個(gè)服務(wù)器資源都是獨(dú)立的存在，大部分的系統(tǒng)資源80%在的日常運(yùn)行情況下，只使用了30%以下，這種模式導(dǎo)致了資源使用效率低下，主要問題表現(xiàn)在：服務(wù)器的物理分布不集中，每項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)都有自己獨(dú)立運(yùn)行的服務(wù)器；系統(tǒng)運(yùn)行年限較長(zhǎng)，存在硬件老化等風(fēng)險(xiǎn)；設(shè)備數(shù)量多，產(chǎn)品不統(tǒng)一，運(yùn)維管理的工作量和難度大；各個(gè)系統(tǒng)重復(fù)投資和建設(shè)，技術(shù)上沒有統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；沒有實(shí)現(xiàn)資源共享，服務(wù)器資源使用率低。

2 IDC一體化監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

虛擬化技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，如下圖所示，能有效地提高中控系統(tǒng)主機(jī)的高可用性，降低由于主機(jī)損壞、硬件老化等故障引起的業(yè)務(wù)中斷。一個(gè)平臺(tái)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而提高工作效率[3]。

圖1 基于虛擬化技術(shù)的超融合平臺(tái)

IDC一體化監(jiān)控平臺(tái)，具有容錯(cuò)功能，對(duì)于實(shí)時(shí)性和可靠性要求比較高的系統(tǒng)，提供容錯(cuò)級(jí)別的保護(hù)，當(dāng)虛擬機(jī)所在節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)硬件故障的時(shí)候，保證虛擬機(jī)能夠持續(xù)不中斷的運(yùn)行，0秒切換，數(shù)據(jù)不丟失，對(duì)海上的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，并通過統(tǒng)一管理軟件把海上平臺(tái)以及陸地的平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。本地備份服務(wù)器支持主備無縫切換，實(shí)現(xiàn)本地災(zāi)備功能，有效保障業(yè)務(wù)連續(xù)性。

3 無人化IDC一體化監(jiān)控平臺(tái)整體構(gòu)架研究

平臺(tái)整體構(gòu)架包含無人井口平臺(tái)IDC系統(tǒng)、依托平臺(tái)IDC系統(tǒng)、陸地監(jiān)控中心系統(tǒng)以及相適應(yīng)的工控安全系統(tǒng)。如下圖所示：

圖2 無人化IDC一體化監(jiān)控平臺(tái)整體構(gòu)架圖

3.1 無人井口平臺(tái)工業(yè)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)

在無人井口平臺(tái)建立一套超融合結(jié)構(gòu)虛擬化系統(tǒng)，將中控系統(tǒng)監(jiān)控、電力系統(tǒng)監(jiān)控，CCTV系統(tǒng)納入IDC。中控系統(tǒng)與各PLC之間數(shù)據(jù)通信采用RS-485通訊模式，實(shí)現(xiàn)中控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)撬塊的數(shù)據(jù)監(jiān)視，針對(duì)需要遠(yuǎn)程干預(yù)的PLC控制撬塊，中控系統(tǒng)通過RS-485通訊將數(shù)據(jù)寫入PLC控制器，實(shí)現(xiàn)由中控統(tǒng)一控制。中控系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備配置與數(shù)據(jù)庫的交互接口，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行儲(chǔ)存。

3.2 依托平臺(tái)工業(yè)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)

依托平臺(tái)IDC系統(tǒng)，將中控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制站植入，與無人平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。開辟空間建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，與中控系統(tǒng)虛擬化服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，形成關(guān)系數(shù)據(jù)庫，為大數(shù)據(jù)平臺(tái)及智能化分析奠定基礎(chǔ)。依托平臺(tái)上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)預(yù)留遠(yuǎn)傳到陸地的數(shù)據(jù)接口，以對(duì)接陸地監(jiān)控中心。依托平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控站為無人平臺(tái)設(shè)置組態(tài)軟件和監(jiān)控畫面，并設(shè)置關(guān)斷邏輯，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程井口關(guān)斷功能。

3.3 陸地監(jiān)控中心系統(tǒng)

在陸地監(jiān)控中心建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)可以顯示無人平臺(tái)工業(yè)數(shù)據(jù)中心所有可以顯示的內(nèi)容，設(shè)置操作權(quán)限等級(jí)，并可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和二次開發(fā)，建立大屏幕數(shù)據(jù)分析展示。

4 IDC一體化監(jiān)控平臺(tái)功能研究

為保證井口平臺(tái)無人化最大程度的減少人員現(xiàn)場(chǎng)操作、巡檢及維修工作，對(duì)IDC一體化監(jiān)控平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”）進(jìn)行功能開發(fā)。

4.1 中控系統(tǒng)功能

4.1.1 中控系統(tǒng)組態(tài)功能。平臺(tái)承載的組態(tài)服務(wù)器用來統(tǒng)一存放全系統(tǒng)的組態(tài)，通過組態(tài)服務(wù)器可進(jìn)行多人組態(tài)、組態(tài)發(fā)布、組態(tài)網(wǎng)絡(luò)同步、組態(tài)備份和還原，平臺(tái)承載的工程師站安裝相應(yīng)的組態(tài)平臺(tái)和系統(tǒng)維護(hù)工具。

4.1.2 中控系統(tǒng)監(jiān)控功能。平臺(tái)承載中控系統(tǒng)的操作員站的操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供診斷信息、趨勢(shì)、報(bào)警信息以及系統(tǒng)狀態(tài)信息等的監(jiān)控界面。通過操作員站，可以獲取工藝過程信息和事件報(bào)警，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

4.1.3 中控系統(tǒng)服務(wù)器功能。數(shù)據(jù)服務(wù)器提供報(bào)警歷史記錄、操作域變量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)、SOE服務(wù)，并向應(yīng)用站提供實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器用于接收、處理和保存歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)，并向應(yīng)用站提供歷史數(shù)據(jù)。

4.2 全面數(shù)據(jù)功能

運(yùn)用協(xié)議解析與轉(zhuǎn)換、中間件等技術(shù)兼容Modbus、CAN、Profinet等各類工業(yè)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一。利用HTTP、MQTT等方式將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端數(shù)據(jù)應(yīng)用分析系統(tǒng)。同時(shí)基于高性能計(jì)算、分析算法等技術(shù)支撐，在靠近設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理以及智能分析，提升操作響應(yīng)靈敏度，與云端數(shù)據(jù)分析形成協(xié)同。

4.3 平臺(tái)監(jiān)管功能

設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，支持平臺(tái)應(yīng)用數(shù)據(jù)集成，可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備相關(guān)屬性狀態(tài)、事件、報(bào)警等數(shù)據(jù)的綁定，快速對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。設(shè)置硬件資源管理功能，存儲(chǔ)采集上報(bào)的工業(yè)事件、報(bào)警，提供歷史事件查詢、實(shí)時(shí)事件查詢和報(bào)警狀態(tài)查詢服務(wù)。

4.4 拓展服務(wù)功能

平臺(tái)通過與遠(yuǎn)程云平臺(tái)的協(xié)同，可實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和智能分析等功能，基于安全性架構(gòu)和可視化技術(shù)，建立可視化圖譜分析趨勢(shì)，為分析和掌握各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)提供信息化支撐。通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)接口以單向傳遞的方式傳遞，以跨界數(shù)據(jù)融合，分析和挖掘多源數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)利用的廣度與深度，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行信息掌握與分析決策。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)海上井口平臺(tái)的無人化IDC一體化監(jiān)控平臺(tái)，進(jìn)行了系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)及系統(tǒng)功能研究。平臺(tái)可以提高中控系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控的穩(wěn)定性，保證遠(yuǎn)程監(jiān)控的安全可靠性，為各種子系統(tǒng)提供可拓展的軟硬件基礎(chǔ)，保證關(guān)鍵設(shè)備的自恢復(fù)能力，同時(shí)為各類數(shù)據(jù)協(xié)議的接入設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)換接口，具備大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析及拓展服務(wù)等功能。本研究成果可以為海上無人井口平臺(tái)的IDC建設(shè)提供全面的技術(shù)支持，助力海上智能油田的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。