海上无人井口平台的工业数据中心（IDC）研究

杨雪松

中海油信息科技有限公司天津分公司 天津 300452

引言

以超融合技术为核心的工业数据中心的建设，已经逐渐成为企业进行数据中心建设的主流。工业数据中心（IDC）一体化监控平台的研究将借鉴成熟的超融合系统构架[1]，实现能够满足可扩展要求的超融合工业架构，从而实现数据中心资源的统一管理，灵活调度，提高基础架构横向扩展便捷，形成统一基础架构超融合平台[2]，完成包括中控系统在内的各类数据监控及操作系统的统一部署管理，建设后的平台将为无人化平台提供高性能、高标准、高可用、高弹性、低成本和低风险的自主可控的数据平台。

1 海上平台的现状分析

目前海上设施各类服务器系统的架构中，每个服务器资源都是独立的存在，大部分的系统资源80%在的日常运行情况下，只使用了30%以下，这种模式导致了资源使用效率低下，主要问题表现在：服务器的物理分布不集中，每项业务系统都有自己独立运行的服务器；系统运行年限较长，存在硬件老化等风险；设备数量多，产品不统一，运维管理的工作量和难度大；各个系统重复投资和建设，技术上没有统一规范和标准；没有实现资源共享，服务器资源使用率低。

2 IDC一体化监控平台系统设计

虚拟化技术应用到工业控制系统当中，如下图所示，能有效地提高中控系统主机的高可用性，降低由于主机损坏、硬件老化等故障引起的业务中断。一个平台可以同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而提高工作效率[3]。

图1 基于虚拟化技术的超融合平台

IDC一体化监控平台，具有容错功能，对于实时性和可靠性要求比较高的系统，提供容错级别的保护，当虚拟机所在节点出现硬件故障的时候，保证虚拟机能够持续不中断的运行，0秒切换，数据不丢失，对海上的实时控制系统进行监视和控制，并通过统一管理软件把海上平台以及陆地的平台系统进行统一管理。本地备份服务器支持主备无缝切换，实现本地灾备功能，有效保障业务连续性。

3 无人化IDC一体化监控平台整体构架研究

平台整体构架包含无人井口平台IDC系统、依托平台IDC系统、陆地监控中心系统以及相适应的工控安全系统。如下图所示：

图2 无人化IDC一体化监控平台整体构架图

3.1 无人井口平台工业数据中心系统

在无人井口平台建立一套超融合结构虚拟化系统，将中控系统监控、电力系统监控，CCTV系统纳入IDC。中控系统与各PLC之间数据通信采用RS-485通讯模式，实现中控系统对现场撬块的数据监视，针对需要远程干预的PLC控制撬块，中控系统通过RS-485通讯将数据写入PLC控制器，实现由中控统一控制。中控系统监控设备配置与数据库的交互接口，将数据实时传输到数据存储服务器进行储存。

3.2 依托平台工业数据中心系统

依托平台IDC系统，将中控系统远程控制站植入，与无人平台进行数据交互，实现远程控制。开辟空间建立数据存储服务器，与中控系统虚拟化服务器之间进行数据交互，形成关系数据库，为大数据平台及智能化分析奠定基础。依托平台上的数据存储系统预留远传到陆地的数据接口，以对接陆地监控中心。依托平台的远程监控站为无人平台设置组态软件和监控画面，并设置关断逻辑，可以实现远程井口关断功能。

3.3 陆地监控中心系统

在陆地监控中心建立远程监控系统，系统可以显示无人平台工业数据中心所有可以显示的内容，设置操作权限等级，并可以将数据进行采集和二次开发，建立大屏幕数据分析展示。

4 IDC一体化监控平台功能研究

为保证井口平台无人化最大程度的减少人员现场操作、巡检及维修工作，对IDC一体化监控平台（以下简称“平台”）进行功能开发。

4.1 中控系统功能

4.1.1 中控系统组态功能。平台承载的组态服务器用来统一存放全系统的组态，通过组态服务器可进行多人组态、组态发布、组态网络同步、组态备份和还原，平台承载的工程师站安装相应的组态平台和系统维护工具。

4.1.2 中控系统监控功能。平台承载中控系统的操作员站的操作系统和监控软件，可实现各个系统的实时监控，提供诊断信息、趋势、报警信息以及系统状态信息等的监控界面。通过操作员站，可以获取工艺过程信息和事件报警，对现场设备进行实时控制。

4.1.3 中控系统服务器功能。数据服务器提供报警历史记录、操作域变量实时数据服务、SOE服务，并向应用站提供实时和历史数据。历史数据服务器用于接收、处理和保存历史趋势数据，并向应用站提供历史数据。

4.2 全面数据功能

运用协议解析与转换、中间件等技术兼容Modbus、CAN、Profinet等各类工业通信协议，实现数据格式转换和统一。利用HTTP、MQTT等方式将采集到的数据传输到远端数据应用分析系统。同时基于高性能计算、分析算法等技术支撑，在靠近设备或数据源头的网络侧进行数据预处理以及智能分析，提升操作响应灵敏度，与云端数据分析形成协同。

4.3 平台监管功能

设置运行状态监测功能，支持平台应用数据集成，可实现关键设备相关属性状态、事件、报警等数据的绑定，快速对系统状态进行数据分析。设置硬件资源管理功能，存储采集上报的工业事件、报警，提供历史事件查询、实时事件查询和报警状态查询服务。

4.4 拓展服务功能

平台通过与远程云平台的协同，可实现多源数据采集、数据处理和智能分析等功能，基于安全性架构和可视化技术，建立可视化图谱分析趋势，为分析和掌握各系统运行状态提供信息化支撑。通过统一数据服务接口以单向传递的方式传递，以跨界数据融合，分析和挖掘多源数据，提高数据利用的广度与深度，实现对运行信息掌握与分析决策。

5 结束语

本文针对海上井口平台的无人化IDC一体化监控平台，进行了系统构架设计及系统功能研究。平台可以提高中控系统上位机监控的稳定性，保证远程监控的安全可靠性，为各种子系统提供可拓展的软硬件基础，保证关键设备的自恢复能力，同时为各类数据协议的接入设计了转换接口，具备大数据存储、分析及拓展服务等功能。本研究成果可以为海上无人井口平台的IDC建设提供全面的技术支持，助力海上智能油田的基础设施建设。