面向智能化油田的物联网特色实验室建设

易 军,周 伟,张元涛

(重庆科技学院电气与信息工程学院,重庆 401331)

面向智能化油田的物联网特色实验室建设

易 军,周 伟,张元涛

(重庆科技学院电气与信息工程学院,重庆 401331)

针对高校的物联网实验室主要是智慧城市类实验室,选题单一、缺乏特色的问题,以建设面向智能化油田的物联网特色实验室为例,将智慧工业物联网技术的综合性、智能性特点集中体现出来,为高校建立特色实验室提供了新的思路。建设面向智能化油田的物联网特色实验室,有助于培养既有石油行业专业知识,又具有工程师基本素质的应用型专门人才和特色人才。

物联网;实验室建设;智能化油田;数字化油田

目前,物联网技术已成为信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。以数字化油田为代表的物联网技术正在我国大庆、胜利、大港等各大油田大力推广应用[1-2],该技术大幅度提高了油气采收率和产量,大大扩展了石油工业的发展空间[3-5]。在建设数字化油田过程中,需要大量能够综合应用信息知识的人才;而油田在从数字化向智能化发展的过程中,还有许多前沿科学问题亟待解决[6-7],迫切需要建立面向智能化油田的物联网实验室。

1 物联网特色实验室建设的困境

为了满足物联网热潮带来的人才需求,目前许多大学都开设了物联网工程本科专业[8]。作为支撑实验教学环节的实验室,除了无线传感器网络、射频识别等基础性实验外,如何整合物联网各种不同的技术,开设综合性较强的实验,已成为高校在实验室建设中面临的共同难题[9-10]。

根据物联网的应用场合,大致可将其分为智慧城市和智慧工业两大类。目前高校的物联网特色实验室主要是智慧城市类,如智能家居、环境监测等方面。该类实验室技术集成度低,并非物联网技术的主要应用领域[11-12]。高校的智慧工业类物联网实验室非常少,此类特色实验室的严重缺失,影响了高校培养物联网工程人才的质量,限制了为地方经济和国家新兴战略产业服务能力的提升,束缚了高校物联网工程专业的特色发展。因此,建设智慧工业类的物联网工程特色实验室目前显得非常迫切和必要,已经成为专业建设的当务之急。

2 建设面向智能化油田的物联网特色实验室的意义

数字化油田系统是以系统集成、信息共享、分布式网络、安全稳定的数据为宗旨,以信息技术为支撑,以油田信息为数据源,以互联网为传输媒介,以管理决策和信息共享为目标的现代化油田信息管理系统。以数字化油田和智能化油田为智慧工业的代表,建设物联网特色实验室,不但可以紧密联系地方信息产业,服务于石油天然气、石化等行业,还面向物联网工程领域,培养具有工程师基本素质和行业背景的高级应用型本科人才。该类实验室的建成,将大大拓展本专业毕业生的就业目标,为智慧城市和智慧工业培养应用型物联网工程师,为社会输送物联网工程专业人才,促进石油等工业的信息工程技术,特别是物联网工程应用技术的发展,为地方经济建设服务。

3 智能化油田物联网实验室建设方案

根据人才培养目标,在前期深入调研论证的基础上,通过油井工况智能感知与控制综合实验室等4个模块的建设(如图1所示),形成具有特色的物联网工程实验室。

图1 智能化油田物联网工程实验室的构成

3.1 油井数据采集与控制综合实验室

油井数据采集与控制综合实验室通过传感、视频等通信网络技术,对油气水井、计量间、油气站库、储运管道等生产对象进行全面的感知,实现生产数据、设备状态信息在生产指挥中心及生产控制中心的集中管理和控制。通过智能远程终端控制系统(remote terminal unit,RTU)进行生产现场数据的采集和传送,实现无人值守监控和对油气水井、计量间、油气库站、储运管道的安防监控。

该实验室采用先进的集散控制系统,综合运用计算机技术、工业控制技术、网络数据同步通信技术等,实现了关键部位的生产参数自动采集与超限报警、重点区域的可视化远程监控及自动化控制,并与其他子系统形成安全、稳定的信息共享平台,实现生产全过程自动控制和信息资源的同步共享。

该实验室承担物联网工程、计算机科学与技术、自动化、测控技术与仪器等专业的“无线传感器网络”、“单片机原理及应用”、“嵌入式体系结构与接口技术”、“自动化仪表与装置”、“自动检测技术”、“计算机测控系统”、“数字信号处理”、“计算机控制技术”等专业课程的实验,是课程设计、综合训练和实习的基地;承担嵌入式、电子设计、仪器仪表类的赛课计划、学科竞赛和大学生创新项目,培养学生的团队意识和创新精神;承担仪表维修工的培训与考核工作,使学生在毕业时除了获得毕业证书之外,还能获得行业资格证书。

3.2 井场综合组网与传输综合实验室

井场综合组网与传输综合实验室主要进行光传输、有线、无线和卫星通信一体化的实验研究,适合油田的典型生产环境,可实时采集井场各类数据,高可靠、不中断地传送,将物联网生产管理系统、生产指挥调度系统、办公系统通过数据承载网络互联互通。考虑到学校已有的网络基础,实验室将重点放在井场接入层和站场汇聚层的建设上,而各采油矿汇聚层和采油厂传输层,可以利用已有的网络实验室设备替代。在井场接入层建设中,除了先进的有线网络和设备外,考虑到油田所在地往往具有地理位置的特殊性,并且受到客观条件的限制,生产现场与监测中心之间的通信主要为井场无线传感器接入方案。

该实验室承担“无线传感器网络”、“计算机网络”、“网络协议”、“TCP/IP网络程序设计”、“综合布线”、“网络系统集成”、“无线局域网”、“移动通信”课程的实验和网络方向综合实训,以及毕业设计、赛课计划和创新实验等环节的教学任务。

3.3 油井生产信息管理与处理实验室

油井生产信息管理与处理实验室采用高效、安全的B/S四层架构体系,将信息管理系统模块化,建立生产监控管理、数据分析、设备管理、远程控制、告警服务、GIS监控与服务等模块,实现油田生产管理自动化和智能化。

实验室按照数据存储层、业务引擎层、业务逻辑层、表现层四层架构模式进行设计开发。系统采用基于SOA(service-oriented architecture)的架构体系进行设计,以服务的形式完成与外部系统相关业务功能的集成,包括对已有代码进行重用来快速部署新功能,提高对业务需求的反应速度,降低开发和维护成本。在核心网络机房建立数据中心,采用云计算技术,建立云存储数据中心,提高系统的访问性能和系统的安全性,并在网络中部署相应的数据采集服务、后台运算处理服务、报表开发应用等。

该实验室承担“云计算与物联网”、“面向对象设计方法”、“数据库原理与应用”、“NET高级编程”、“计算方法”、“MATLAB程序设计”等课程的实验教学,同时将承担相关科研任务,为原油的开采与生产过程提供统一的模型与数据结构,并通过SCADA系统可靠地实现数据自动采集存储与上报和生产流程的自动控制。数据采集主要使用设施模型和流体数据模型,形成流量报告模型,用于日常生产数据的上报、历史数据的查询以及生产流程的监控与优化,实现设备运行预测、产量预测分析与预警。

3.4 油田生产业务协同实验室

油田作业区通常分散在野外。当油田发生生产事故或受到安全威胁时,需要基于无线集群的应急指挥调度中心作出快速的应急响应,还需要提供应急指挥车和单兵系统,使应急救援适应油田野外恶劣的环境;当遭遇无线和有线通信故障的时候,要能够通过卫星通信来保证指挥调度正常进行;在很多情况下,还需要实现超远距离无线通信覆盖以满足油田通信需求。

油田生产业务协同实验室建成后将实现即时通信、生产调度、应急指挥、人员车辆定位、视频监控、视频会议的一体化,使突发事件可控可管、多方联动协作,保证生产运行。

油田生产业务协同实验室将承担“TCP/IP网络程序设计”、“无线局域网”、“移动通信”、“物联网安全”、“数字图像处理”、“RFID技术”等课程的实验教学以及课程设计、综合训练和赛课计划、学科竞赛、大学生创新项目等。

4 结束语

由于人才培养与社会实际需求脱节,造成很多本科生毕业之后还需要接受相当长时间的岗位培训,增加了企业负担。智能化油田物联网特色实验室有利于促进专业建设、教材建设和实践教学平台的建设,有利于深化实践教学内容和教学方法的改革。通过特色实验室的建设,学生将在实验室对石油行业先进的数字化及智能化的油田系统、装备进行模拟和实战,通过系统的专业化培养和训练,成为既有石油行业背景知识,又有工程师基本素质的应用型专门人才。

References)

[1]喻晓林,周宇君.长庆油田数字化建设管理[J].中国石油和化工标准与质量,2011(9):14-16.

[2]徐海涛,郭燕.青海油田数字化建设现状及展望[J].青海石油,2012 (1):34-36.

[3]吕琼莹,刘晗,王晓博,等.国内外数字化油田发展战略与技术途径[J].长春理工大学学报,2011(10):15-18.

[4]沐峻丞,檀朝东,黄晶涛.运用物联网技术构建数字化油田[J].中国石油和化工,2010(9):53-55.

[5]刘凯.基于物联网技术的数字化油田建设[J].中国石油和化工标准与质量,2012(7):85-86.

[6]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009,23 (12):1-7.

[7]王群.物联网体系结构研究及模拟实验平台的组建[J].实验技术与管理,2010,27(10):178-181.

[8]李卢一,郑燕林.物联网在教育中的应用[J].现代教育技术,2010, 20(2):8-10.

[9]黄峥,古鹏.物联网实验室建设研究与探讨[J].实验技术与管理, 2012,29(2):191-195.

[10]海涛,王钧,廖炜斌,等.基于物联网的高校实验室信息化管理技术[J].实验室研究与探索,2012,31(9):166-169.

[11]林莉,陈丽丽.高校物联网实验室建设规划[J].长春理工大学学报,2012,7(4):23-25.

[12]欧亚军.高职院校物联网实验室建设探讨[J].无线互联科技,2012 (8):29-30.

Construction for features laboratory of Internet of things oriented intelligent oilfield

Yi Jun,Zhou Wei,Zhang Yuantao
(College of Electronic&Information Engineering,Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331,China)

In many colleges and universities,many laboratories of Internet of things are constructing.These laboratories about the smart city have no features and lack of connotation.Taking the digital oilfield as an example of this smart industry,this paper centralizes to reflect integrated and intelligent features.The digital oilfield provides a guideline to establish a specialty laboratory for colleges and universities.To construct specialty laboratories oriented intelligent oilfield can help university provide talents who have not only industrial background knowledge of the oil industry,but also engineering ability of Internet of things.

Internet of things;laboratory construction;intelligent oilfield;digital oilfield

G642

B

1002-4956(2014)5-0249-03

2013-09-06

重庆市高等教育教学改革研究重点项目(132018);重庆科技学院本科教育教改项目(201206)

易军(1973—),男,重庆,博士,副教授,研究方向为智能控制.

E-mail:laoyifrcq＠163.com