油气田设备实时数据采集国产化设计
匡胜 黄柳君 陈小泉 姚予鑫 李润周
摘 要：该文主要设计了一条可用于油气田设备实时数据采集的国产化链路。该链路设计包括3个方面：国产化工业隔离网闸、国产化实时数据采集软件和国产化实时数据库软件。从这3个方面入手，结合多个国产厂家提供的产品信息和功能特点，分析了使用国产化产品后的油气田设备实时数据采集链路可以实现的功能，得出结论：经过国产化后的实时数据采集链路也可以达到现有系统功能的使用需求。
关键词：实时数据 工业隔离网闸 实时数据采集软件 实时数据库软件 国产化
中图分类号：TE953 文献标识码：A文章编号：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
随着油气田设备管理精细化要求的提高和信息化建设的不断完善，实时数据采集已成为油气田建设发展的重要组成部分，关键核心技术国产化是可持续发展的重要保障，通过部署国产化软硬件采集海上油气田关键设备的实时数据，实现生产信息自动化收集、传输、整理、存储和分析，为产量调配、故障分析、辅助决策等提供科学的手段，及时地发现问题，制定改进措施。
1 国产化采集链路
1.1 设计简介
在对油气田设备进行精细化管理中，通过建设国产化数据采集链路，可以实现对各作业现场的工控系统数据的采集、存储、应用等功能。
国产化数据采集链路的建设沿用“采集—转发—传输—储存”的模式，坚持“双向隔离，单向传输”的安全理念，在单向隔离网闸的基础上升级了实时数据库的安全等级：替换现用的国外的实时数据库软件，改为可靠的国产实时数据库软件，保证存储的数据安全可控。
1.2 国产化工业隔离网闸
使用国产化工业隔离网闸，可以解决企业工控网络和办公网络之间的数据安全传输问题[1]，广泛应用于各企业需要控制网络接入信息网络的使用场景中。
当前实时数据采集链路使用的国产化工业隔离网闸主要是两种工作模式：数据代理式和数据穿越式。
1.2.1 数据代理式网闸
数据代理式网闸内置有数据采集功能，首先会在内部网络中采集需要的数据，然后在外部网络中把采集到的数据代理转发为OPC数据源[2]，用于对外提供数据，内外网络属于不同的网段，无法从外部网络直接访问内部网络，这种工作模式被称为数据代理式[3]。使用这种工作模式的网闸，例如盈创信通工业隔离网闸，其结构包括内网主机、外网主机、单向传输组件。
1.2.2 数据穿越式网闸
数据穿越式网闸同样拥有3个部件：内网主机、外网主机和隔离交换阵列，其内外网主机都有设置数据缓冲空间，用于内外网之间的数据摆渡，其数据交换方式类似交换机，但每个网络处理单元只与数據缓冲区中的一个连接，所以各个网络没有一个时刻是相互连通的（如图1所示）;配置好的网闸会单独开放一条数据通道用于数据传输，就像一根网线，使数据可以从内网穿越到外网，所以叫数据穿越式网闸;使用这种工作模式的网闸，例如启明星辰工业隔离网闸。
该网闸的内、外网主机也分别负责和内部高密级网络和外部低密级网络的通信[4]，采用了类交换机式的数据传输和管理方式，在保证隔离安全等级的基础上配合图形化的管理方式，提升了操作的便利性。经过安全配置后的启明星辰网闸，开放了固定的数据传输端口，规定了数据只能从高密级网络流向低密级网络，辅以独有的加密协议，使得整台机器就像一根安全、智能的网线，既确保了链路的安全性，也搭建起了内外网络沟通的桥梁[5]。
1.3 国产化实时数据采集软件
实时数据采集软件肩负着数据采集和传输的功能，它可以支持多种通信协议：例如Modbus、OPC、串口等。由于市面上工业系统的对外通信大多数情况下都支持OPC协议，因此国产实时数据采集软件通信主要使用的也是OPC协议。
国产实时数据采集软件，例如：三维力控采集软件IO Server、紫金桥IO Driver数据采集模块、浙江中控ESP-iSYS等软件都支持OPC UA/DA协议下的数据采集;三维力控采集软件IO Server安装在OPC服务器上，通过TCP/IP协议与数据库通信，点位添加和配置操作都在IO Server软件上完成;紫金桥IO Driver数据采集模块是Real Historian数据库与外部设备的连接通道。通过IO Driver，Real Historian可以和生产现场进行数据通信;浙江中控拥有自己的中控系统，数据采集可直接与OPC服务器通信，支持从各类生产装置、仪表直接采集数据。
1.4 国产化实时数据库软件
实时数据库软件主要承担数据存储和应用的角色，从众多现场采集得到的数据最终汇总在实时数据库中统一归档保存，用户可以通过实时数据库软件实现对数据的查看、管理、溯源以及对外应用;实时数据库软件往往也会提供多种接口协议用于二次开发，为数据应用的多样性打下基础。
实时数据库还能和数据展示软件结合使用，储存在实时数据库中的数据会被数据展示软件引用，在画面中以可视化信息的形式展示，例如管道温度压力等实时数据可以实时显示、罐体液位数据以标尺形式反映使用情况、关键阀位的开关状态用不同的颜色标记等（见图2）。
实时数据库如果使用的是国外实时库软件，如GE iHistorian，出于安全性考虑，可以采用国产实时库，例如：紫金桥Real Historian跨平台实时数据库、浙江中控实时数据库ESP-iSYS、力控企业级实时历史数据库pSpace等。
替换升级后的国产实时数据库相比国外实时数据库软件，操作方式更加贴合国内的使用习惯，流畅性和美观程度得到了提升;国产实时数据库软件可以与国产操作系统进行适配，增强了工业系统的自主性[6]。
2 结语
实时数据采集链路利用了OPC协议的高开放性和稳定性，打通了工控网与办公网的沟通桥梁，为其他应用开发提供了实时数据支持。由于生产现场工控网络的重要性，实时数据流动的状态应该处于严密的监控下，因此从数据安全的角度出发，实时数据采集链路中的每个节点都应该尝试进行国产化应用。
该文从数据采集链路的基本结构入手，简单介绍了链路中各节点的软、硬件设备的原理，使用到的通信协议，以及在数据采集链路中发挥的作用;然后列举出了链路中各个节点国产化的替换产品，分析了这些产品的特点和可以实现的功能，最后可以得出结论：实时数据采集链路的每个环节经过国产化应用后，可以满足现有功能的使用需求。
参考文献
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[3] 李炫均，李朝铭.一种基于软件的安全网闸实现技术[J].信息技术与信息化，2019（1）：88-90.
[4] 蒋东晖.数据加密技术在网络安全防护中的应用[J].科技创新导报，2020，17（20）：136-138.
[5] 龙海军，王希.工业控制系统信息安全防護措施[J].科技创新导报，2020，17（4）：2-3.
[6] 张静.综合测井软件系统电磁测厚解释模块设计[D].成都：电子科技大学，2019.
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