油氣田設備實時數據采集國產化設計

匡勝 黃柳君 陳小泉 姚予鑫 李潤周

摘? 要：該文主要設計了一條可用于油氣田設備實時數據采集的國產化鏈路。該鏈路設計包括3個方面：國產化工業隔離網閘、國產化實時數據采集軟件和國產化實時數據庫軟件。從這3個方面入手，結合多個國產廠家提供的產品信息和功能特點，分析了使用國產化產品后的油氣田設備實時數據采集鏈路可以實現的功能，得出結論：經過國產化后的實時數據采集鏈路也可以達到現有系統功能的使用需求。

關鍵詞：實時數據? ?工業隔離網閘? ?實時數據采集軟件? ?實時數據庫軟件? ?國產化

中圖分類號：TE953? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）06（c）-0034-03

Localization Design of Real-time Data Acquisition for Oil and Gas Field Equipment

KUANG Sheng1? ?HUANG Liujun2? ?CHEN Xiaoquan2? ?YAO Yuxin1? ?LI Runzhou1

（1. Zhanjiang Branch， CNOOC Information Technology Co.， Ltd.; 2.Zhanjiang Branch of CNOOC， Zhanjiang， Guangdong Province， 524057 China）

Abstract： This paper mainly designs a domestic link which can be used for real-time data acquisition of oil and gas field equipment. The link design includes three aspects： domestic industrial isolation gateway， domestic real-time data acquisition software and domestic real-time database software. Starting from these three aspects， combined with the product information and functional characteristics provided by several domestic manufacturers， this paper analyzes the functions that can be realized by the real-time data acquisition link of oil and gas field equipment after using the domestic products， and comes to the conclusion that the real-time data acquisition link after localization can also meet the use requirements of the existing system functions.

Key Words： Real-time data; Industrial isolation gate; Real-time data acquisition software; Real-time database software; Localization

隨著油氣田設備管理精細化要求的提高和信息化建設的不斷完善，實時數據采集已成為油氣田建設發展的重要組成部分，關鍵核心技術國產化是可持續發展的重要保障，通過部署國產化軟硬件采集海上油氣田關鍵設備的實時數據，實現生產信息自動化收集、傳輸、整理、存儲和分析，為產量調配、故障分析、輔助決策等提供科學的手段，及時地發現問題，制定改進措施。

1? 國產化采集鏈路

1.1 設計簡介

在對油氣田設備進行精細化管理中，通過建設國產化數據采集鏈路，可以實現對各作業現場的工控系統數據的采集、存儲、應用等功能。

國產化數據采集鏈路的建設沿用“采集—轉發—傳輸—儲存”的模式，堅持“雙向隔離，單向傳輸”的安全理念，在單向隔離網閘的基礎上升級了實時數據庫的安全等級：替換現用的國外的實時數據庫軟件，改為可靠的國產實時數據庫軟件，保證存儲的數據安全可控。

1.2 國產化工業隔離網閘

使用國產化工業隔離網閘，可以解決企業工控網絡和辦公網絡之間的數據安全傳輸問題[1]，廣泛應用于各企業需要控制網絡接入信息網絡的使用場景中。

當前實時數據采集鏈路使用的國產化工業隔離網閘主要是兩種工作模式：數據代理式和數據穿越式。

1.2.1 數據代理式網閘

數據代理式網閘內置有數據采集功能，首先會在內部網絡中采集需要的數據，然后在外部網絡中把采集到的數據代理轉發為OPC數據源[2]，用于對外提供數據，內外網絡屬于不同的網段，無法從外部網絡直接訪問內部網絡，這種工作模式被稱為數據代理式[3]。使用這種工作模式的網閘，例如盈創信通工業隔離網閘，其結構包括內網主機、外網主機、單向傳輸組件。

1.2.2 數據穿越式網閘

數據穿越式網閘同樣擁有3個部件：內網主機、外網主機和隔離交換陣列，其內外網主機都有設置數據緩沖空間，用于內外網之間的數據擺渡，其數據交換方式類似交換機，但每個網絡處理單元只與數據緩沖區中的一個連接，所以各個網絡沒有一個時刻是相互連通的（如圖1所示）;配置好的網閘會單獨開放一條數據通道用于數據傳輸，就像一根網線，使數據可以從內網穿越到外網，所以叫數據穿越式網閘;使用這種工作模式的網閘，例如啟明星辰工業隔離網閘。

該網閘的內、外網主機也分別負責和內部高密級網絡和外部低密級網絡的通信[4]，采用了類交換機式的數據傳輸和管理方式，在保證隔離安全等級的基礎上配合圖形化的管理方式，提升了操作的便利性。經過安全配置后的啟明星辰網閘，開放了固定的數據傳輸端口，規定了數據只能從高密級網絡流向低密級網絡，輔以獨有的加密協議，使得整臺機器就像一根安全、智能的網線，既確保了鏈路的安全性，也搭建起了內外網絡溝通的橋梁[5]。

1.3 國產化實時數據采集軟件

實時數據采集軟件肩負著數據采集和傳輸的功能，它可以支持多種通信協議：例如Modbus、OPC、串口等。由于市面上工業系統的對外通信大多數情況下都支持OPC協議，因此國產實時數據采集軟件通信主要使用的也是OPC協議。

國產實時數據采集軟件，例如：三維力控采集軟件IO Server、紫金橋IO Driver數據采集模塊、浙江中控ESP-iSYS等軟件都支持OPC UA/DA協議下的數據采集;三維力控采集軟件IO Server安裝在OPC服務器上，通過TCP/IP協議與數據庫通信，點位添加和配置操作都在IO Server軟件上完成;紫金橋IO Driver數據采集模塊是Real Historian數據庫與外部設備的連接通道。通過IO Driver，Real Historian可以和生產現場進行數據通信;浙江中控擁有自己的中控系統，數據采集可直接與OPC服務器通信，支持從各類生產裝置、儀表直接采集數據。

1.4 國產化實時數據庫軟件

實時數據庫軟件主要承擔數據存儲和應用的角色，從眾多現場采集得到的數據最終匯總在實時數據庫中統一歸檔保存，用戶可以通過實時數據庫軟件實現對數據的查看、管理、溯源以及對外應用;實時數據庫軟件往往也會提供多種接口協議用于二次開發，為數據應用的多樣性打下基礎。

實時數據庫還能和數據展示軟件結合使用，儲存在實時數據庫中的數據會被數據展示軟件引用，在畫面中以可視化信息的形式展示，例如管道溫度壓力等實時數據可以實時顯示、罐體液位數據以標尺形式反映使用情況、關鍵閥位的開關狀態用不同的顏色標記等（見圖2）。

實時數據庫如果使用的是國外實時庫軟件，如GE iHistorian，出于安全性考慮，可以采用國產實時庫，例如：紫金橋Real Historian跨平臺實時數據庫、浙江中控實時數據庫ESP-iSYS、力控企業級實時歷史數據庫pSpace等。

替換升級后的國產實時數據庫相比國外實時數據庫軟件，操作方式更加貼合國內的使用習慣，流暢性和美觀程度得到了提升;國產實時數據庫軟件可以與國產操作系統進行適配，增強了工業系統的自主性[6]。

2? 結語

實時數據采集鏈路利用了OPC協議的高開放性和穩定性，打通了工控網與辦公網的溝通橋梁，為其他應用開發提供了實時數據支持。由于生產現場工控網絡的重要性，實時數據流動的狀態應該處于嚴密的監控下，因此從數據安全的角度出發，實時數據采集鏈路中的每個節點都應該嘗試進行國產化應用。

該文從數據采集鏈路的基本結構入手，簡單介紹了鏈路中各節點的軟、硬件設備的原理，使用到的通信協議，以及在數據采集鏈路中發揮的作用;然后列舉出了鏈路中各個節點國產化的替換產品，分析了這些產品的特點和可以實現的功能，最后可以得出結論：實時數據采集鏈路的每個環節經過國產化應用后，可以滿足現有功能的使用需求。

參考文獻

[1] 薛洛良，孟憲勝，胡瀟斐，等.基于內外網隔離技術的電力物資結算單據系統研究[J].電子元器件與信息技術，2020，4（9）：102-103.

[2] 汪松松，彭來湖，胡旭東.OPC統一架構框架下的針織裝備信息模型[J].紡織學報，2020，41（5）：167-175.

[3] 李炫均，李朝銘.一種基于軟件的安全網閘實現技術[J].信息技術與信息化，2019（1）：88-90.

[4] 蔣東暉.數據加密技術在網絡安全防護中的應用[J].科技創新導報，2020，17（20）：136-138.

[5] 龍海軍，王希.工業控制系統信息安全防護措施[J].科技創新導報，2020，17（4）：2-3.

[6] 張靜.綜合測井軟件系統電磁測厚解釋模塊設計[D].成都：電子科技大學，2019.