石油装备制造业中物联网技术的应用.pdf

I 匐 化 石油装备制造业中物联网技术的应用 Pet r ol eum equi pm ent m an uf a ct ur i ng i ndus t r y i n t he I nt er net of t hi n gs t echnol ogy appl i cat i on 舒松，何新洲，杜力，喻会 SHU S o n g， HE Xi n ． z h o u， DU L i ，YU Hu i 长江职业学院，武汉 4 3 0 0 7 4 摘要随着现代化信息技术的迅猛发展 ，行业竞争的日益加剧，开展信息化建设成为石油装备制造业 今后发展的必然趋势。本文首先对石油装备制造业的发展情况进行了简单介绍 ， 之后通过依托 于F R I D 的物联网技术的应用实例 ，证实了借助物联网技术可以促进石油装备制造业的信息化 进程以及管理效益的提高。 关键词物联网技术；石油装备制造业；F R I D 中图分类号T N 9 1 5 文献标识码 A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 3 o i 上 一 0 0 6 3 0 4 Do i 1 0 ． 3 9 6 9 l ／ J ． I s s n． 1 0 0 9 -0 1 3 4． 2 0 1 3． 0 1 I - ． 1 8 0 引言 由于物联 网本身是通过海 量的多种 类型传感 器 的 互联 实 现 的 ，每 一 个传 感器 本身 都 是信 息 源 ，不 同类 型 的传感 器 能够 捕获 到不 同的信 息 内容Ⅲ。 而且 ，传感器所捕获 的数 据具备实时性 ，能 够 按照一定的时间周期对信息进行不断的更新 。 因此 ，物联 网技 术在石油装备制造业之 中拥有较 为广阔的应用前景口 J 。 1 物联网技术在石油装备制造业中 的应用 物联 网技术在 石油装备制 造业 中的应用主要 体现在以下两方面 1 ． 1 F R I D 系统制订精准节拍 作为 自动 识别技术的一种 ，F R I D射频识别技 术无需人工操作以及直接接触 ，只需利用射频信 号便可 以实现对 目标对象的准确识别 ，同时取得 有关数据资料 ，这在较为恶劣的工作环境下尤其 适用 。 F R I D射频识别技术最大 的优势在于可以在 同 一 时 间完成数个处于高速运动状态 的 目标对象 的 准确识别，操作简单快捷 。 将F R I D射频识别 系统和E RP 系统有机结合起 来，一方面 ，可以为石油装备制造业的业务流程 制定精准节拍H 】 ；另一方面，为实现对关键组件 的 严密安全追踪提供强有力的技术支持。 不管基于物联 网技术的F R I D系统是通过何种 构架方式实现 的，其技术基础依 然是互联 网，通 过各种 网络传播方式的融合，将 物体信息进行准 确的传递。 而且 ，在物联 网上 ，传感器定时采集到的信 息需要通过 网络进行传播，为了确保数据传播的 正确性与及时性 ，还需要通过各种 网络协议才能 够实现 。 本身除 了能够通过传感器和 网络获取并且传 播数据之外 ，其本身也具 有一定 的数据智能处理 能力【5 】 。不仅仅能够实现物体的智能控制，而且还 能够将传感器与智能处理器进行融合 ，从而实现 对采集到 的数据的分析和处理 。物联 网技术是通 过互联 网以及信息传感设备，按 照一定的 网络传 输协议 ，实现物与物之问、物与人之 间以及人与 人之 间的相互连接的网络 J 。 具体而言 ，物联 网包括 了感知层 、网络层 以 及 应用 层三 个 层次 的 内容 。基 于物 联 网技 术的 F R I D系统应用基本原理如图1 所示。 随着现代化信息技术 的不断进步 ，石油装备 制造业生产模式也相应发生转变 ，从之前的按库 存生产模式转变为按订单装配或者是按订单设计 的模式 ，产品生产方式的精益化程度逐步提 升， 这样，跟踪、控制 包括原材料 、零部件以及 最终 产 品就变 得 尤其 重要 ，从 另外一 个 角度来 说 ， 物料 及质量追踪也是E RP 系统 的重要工作之一 。 收稿日期2 0 1 2 0 9 - 0 1 作者简介舒松 1 9 8 0一，男，武汉人，讲师，研究生，研究方向为计算机网络技术。 第3 5 卷第1 期2 0 1 3 0 1 I- 【 6 3 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 造 匐 化 F RI D射频识别技术对信息 的采集采取的是非接触 的方式，可以最大限度的确保所收集到的数据 资 料的准确性 、及时性以及可靠性 ，对于促进石 油 装备制造业作业流程 的改进及管理水平的提升均 具有重要的意义 。 网络层 融合数据，通过网桥、网关 、 路由器等 网络设备 向应用层 传递 感知层 采集信号， 经 内部初步处理 、 分析之后，将信号上传到网 图1基于物联 网技术的F R I D系统应用基本原理 借助F R I D射频识别系统可以确保对产品跟踪 追溯的顺利实现 。每个零件均需要获得F R I D技术 的标识 ，以便 于在关键 的物流链环节被读写器进 行识别，之后由更高一级的数据网络对其进行采 集和处理 ，并根据实际需求决定是否将额外的数 据 同时 写入 。F R I D射频 识别 系统 对各个环节 的 追踪和控制就 是借助这一系列的信 息而得 以实现 的 。在实际操作过程中，需要以F R I D标签中的相 关信息为主要依据来开展加工活组 装线上的分段 加工操作；设备获得继续加工操作 的准许的前提 条件是以加工图为依据对组件进行准确识别 ，同 时生产及质量数据得到认可。 诸如F R I D标签或者智能标签等现代数据载体 可 以自组 件上实现对产 品使用期 限信 息的长时间 保存 ，即使数年之后 ，依 I E t 可以开展跟踪追溯 。 当前 ，部 分石 油装 备制 造企 业 已经 引入 了智 能 F R I D射频识别系统 ，其中比较具有代表性的是北 京高新技术企业之一的北京石油机械厂 ，该企业 长期 以来始终致力于数 字化及信息化建设 ，借助 F R I D射频识别技术促进企业研发信息化 、制造信 息化以及管理信息化的有效集 ，并积极致力于 E R P 系统的应用探索；东欧石油公司一罗马尼亚石 油工业技术公司Ro mp e t r o l ，为对石油产品进行有 效保护和管理 ，在燃料车上应用 了F RI D封条 ；加 [ 6 4 1 第3 5 卷第1 期2 0 1 3 0 1 上 拿大Na b o r s 公司引入F R I D射频识别技术来对全国 范围内的油气井 田钻机设备进行维护和管理 。 将F RI D射频识别技术与E R P 系统有机结合， 能够为 生产过程及其物流制定精准节拍 ，二 者之 间有效协调 ，一方面 ，可以在一定程度上补充E R P 系统数 据处理方式 ，另一方面 ，对于E RP 系统物 流及信 息流 的有效集成发挥着极为关键的促 进作 用，同时为确保E R P 系统功效的充分实现提供有力 保障。 1 ． 2 在油田井下管杆柱 内植F R I D 标签 油 田井下管柱 、杆柱等工具主要应用于油 田 钻井、采油 、修井以及注水 等作业环节 ，一直以 来，对 于油田井下管柱及杆柱等工具的管理 都是 采取 的人工干预方式 ，产品入库 、仓储保 管、物 料发放 、检查检验、下井 、维护维修以及设 备报 废等各个环节都需要通过人工的方式进行数次 的 数 目清点 、辨认 标记以及记录等 ，这种识 别产品 的方式效率极低，甚至有些时候根本不能准确 的 辨别 ，特别是在对 油田井下作业过程 中的管柱 、 杆柱等工具进行服役状况评估方面，难度较大 。 F RI D射频 识别技术具 有非接 触式的信 息采集方 式 ，并有 电子标签充 当移动信息载体 ，这样 ，可 以确保油 田井下管柱 、杆柱等工具作业及管理需 求的最大限度的满足。 对于 以油 田井下管杆柱及井下工具生产为主 营的石油装备制造企业而言 ，从油 田现场作业 的 实际情况 出发，利用作为物联网关键技术的F R I D 无线射频识别技术 ，通过在油 田井下 管杆柱 中植 入 电子芯片，每根 油田井下管杆柱就具备 了一份 专属的电子身份证件 ，从而为油 田井下管杆柱管 理的信息化的实现奠定坚实基础 ，RF I D电子标签 植入油田井下管杆柱如图2 所示。 图2 R F I D电子标签植入油田井下管杆柱示意图 需要特别指 出的是 ，要对石油行业的特殊性 予 以全面考虑 ，确保 油田井下管杆柱中植入 电子 芯 片不会对油 田井下 管杆柱及工具的正常使用造 成不利影响 ，不仅如 此，还要注意电子芯 片安 装 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务I 訇 化 的牢固性 ，确保其 不会随着油田作 业的推进 以及 物流环节 的变化 而出现从管杆 柱中脱落 的问题 ； 油 田作业环境十分 恶劣，面临 着电磁 、高压 、高 温 以及振动 等因素的影 响，因此还 要注意芯 片信 息 的安全性，防止其丢失或出错 。依托于F RI D无 线 射频 识别技 术，在油 田井下 管杆柱及工具 中植 入 电子芯 片，开 展信息化 管理 系统 的研 发工作 。 在 油田井下 管杆 柱及工具 中植 入充当油田井下 管 杆 柱及工具 的信 息载体 的电子 芯片，也可 以称其 为 移动 电子标 签，意味着在产 品信息化 的实现 ， 而 实现 产 品 管理信 息 化 的重要 前提 就 是产 品信 息化。 只有实现 了油 田井下管杆柱及工具管理 的信 息化 ，才可 以更加有效 的对产 品从入库到最终报 废 的相关环节实施更加有效 的监控 。这一监控 的 过程实际上是基于L E R L P C AA定位模型实现 的， 根据L E R L P C AA定位模型的基本原理 ，我们可以 得到相似度矩阵 1 以及 1 的定义 ，据此，我们可以得 出 D 刻 画的是点i 在信号空间之 中所处的区域 的具 体位置 ，通过该数值我们能够判定油 田井下管杆 的具体位置 ，同时根据上述信息 ，我们可 以建立 起基于借点拓扑结构的位移公式 M ∑ j l M 在上式中，如果 Y 的数值越大，则可 以表示节点i 在信号空间或者物理 空间中的距离越 近 ，反之则节点i 在信号 空间或者物理空 间中的距 离越 小。由此，我 们可以推 出油田井下管杆 的相 对位置 M x d i n g ＼ M M M ＼ 物理空间的位移矩阵为 d i a g l ， ． I 随着现代化信息技术的迅猛发展 ，物联 网技 术应用规模以及影 响范围的逐步扩大 ，对于石油 装备制造业而言，依托于物联 网技术促进石油装 备制造业产品的信息化 的顺利实现成为未来发展 的必然趋势 ，对石油装备制造业管理信息化 的全 面实施创造有利条件，不仅如此 ，在油 田生产设 计、质量控制、资产管理 、仓储管理 以及跟踪追 溯等方面均具有重 要意义 ，为现代化数字油田的 建设奠定了坚实的技术基础 。 2 结束语 总而言之 ，石 油装备制造业 向石油勘探及开 发 提供 所需 要 的技 术 、工具及 装备 等方 面 的支 持 ，对石油行业的发展发挥着不 可或缺 的重要作 用 。随着全球范围 内对石油能源需求量 的不断增 加 ，世界各 国都对石油能源的开 发予 以了高度的 关注 ，原油价格也是一路飙升 ，这就对石油装备 制造业提 出了更高的需求，同时也对石油装备制 造业的进一步发展起到了极大的促进作用 。 受现代化信息技术迅猛发展 的影响 ，石油装 备 制造 业也 开展 了信 息化 建设 ，其 生产 的 自动 化 、智能化 、网络化水平不断提升 ，现代化信 息 技 术及 网络技 术的影 响范 围越来越广，尤其是互 联 网技 术的 日益普及 ，使得信息传输及共享等 问 题得到 了很好 的解决 ，信息在控制及决策方面 的 基 础 性地位 更 加突 出 。 石油装备制造 业属于技 术密集型产业 ，对产 品市场竞争 力进行衡量 的一大重要指标就是先进 和落 后两大 定义 ，只有在石油装备制造业 的每个 环节 中充分融合现代化信息技术，才能从根本上 提升石油制造业的市场竞争优势。 对 于石油装备 制造 业而言，实现信息化的一 条有效途径就是物联 网技术 ，从 当前行业 的发展 状况 以及显示需求分析 ，物联 网技 术在石油装备 制造业 中拥有者极为宽 阔的发展空间，物联网时 代，为 中国的石油装备制造业提供了发展 良机 。 参考文献 [ 1 ]沈苏彬， 毛燕琴， 范曲立， 宗平， 黄维． 物联网概念模型与体 系结构【 J ] _ 南京邮 电大学 学报 自然科 学版 ． 2 0 1 0 0 4 7 8 8 0 第3 5 卷第1 期2 0 1 3 0 1 上 [ 6 5 1 ∑ l I 及 以 ∑ l I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m [ 2 】王 舜增， 赵海． 东营市 发展石 油装备制 造业分 析【 J 1 ． 中国 石油大学学报 社会科学版 ． 2 0 0 8 0 3 1 1 2 1 2 3 ． 【 3 】许 代 红， 蓝 永 乾 ． 运 用 物联 网技术 构 建数 字 化 油 田生 产 运 行 综合 管 理平 台【 J 】 ． 通 信 管理 与 技 术 ． 2 0 1 1 0 3 4 5 4 6． 【 4 ]沐峻丞， 檀朝东， 黄晶涛， 檀昌竹． 运用物联网技术构建数 字化油 田[ J ] ． 中国石油和化工． 2 0 1 0 0 9 2 4 3 2 4 5 ． 【 5 】黄 晶涛 ， 檀 朝 东 ， 沐 峻 丞 ， 檀 朝 銮 ， 檀 昌 竹 ．物联 网 技 术 在 石 油 装 备 制 造 业 中 的 应 用 【 J 】 ． 中 国 石 油 和 化 工． 2 0 1 0 1 0 2 1 3 2 1 5 ． [ 6 】彭朋， 韩 伟力， 赵一鸣， 周建 锁， 董浩 然． 基 于R F I D的物联 网安全需 求研究[ J 】 ． 计算机安全． 2 0 1 1 0 1 2 6 7 2 7 0 ． 【 7 】折宏图， 康厚强， 陈虹． 射频识别技术 R F I D 在石油管道 巡检 中的应用 [ J 】 ． 现代电子技术． 2 0 0 7 0 5 1 6 7 1 6 8 ． [ 8 】王爱民， 刘伯乐， 王国芬． 华北 油田在 “ 物联 网 ”领域 的 探索和实 践[ J ] ． 中国信息界． 2 0 1 1 0 8 2 3 2 4 ． j重‘ 童‘ 岛‘ 矗‘ 重‘ 童‘ 蠡‘ j童‘ 童‘ 重‘ 蠡‘ 量‘ 岛● 矗‘ 重‘ 置‘ j童‘ j矗‘ ．{曼‘ t‘ 蠢‘ j蠡‘ ‘ I 【 上接第6 2 页】 的。电动汽车智能车载终端将上送用户的请 求电 量 、请求充电时间等信息 ，互动协调控制 系统将 根据电动汽车充放 电负荷信息 ，并结合电网状 态 信息以及发电成本 、用户充电成本和响应程度 ， 以综合成本最低为 目标 ，制定合理 的电动汽车充 放 电价格 并 向充 电设 施 发布 。用 户根 据分 时 电 价、电池状态 以及 自身需求，制定以 自身经济利 益最 大化为 目标的充放电控制模式 。此种模式的 互动对象一般为私家车用户。 3 远控模式 设 定远控模式 的电动汽车智能车载终端将接 受互动协调控制系统的指令 ，快速切换 电动汽车 充放 电状态 ，控制智能充放 电机进行充电或将电 池 的电能 回馈电网 。此种模式下 电动汽车将以可 中断 负荷的形式 在电网峰荷或故障时中断电动 汽车充 电负荷 向电网提供备用或调频服 务，一 般适用于公交车、公务车 、单位用车等可统一充 放电时间的大规模电动汽车用户。 4 自定义模式 当用户设定为 自定义模 式时，电动汽 车智能 双 向交互终端依 据用户设定的规律 如某个 时间 段 进行 充放 电 控 制 。 5 结束语 本文所设计的智能车载终端是电动汽车与电网 [ 6 6 1 第3 5 卷第1 期2 0 1 3 0 1 上 双 向互动的桥梁，具有完备的数据采集和交互能力 以及强大的自主分析功能，同时给不同类型的用户 提供多种互动控制模式 。本文给出了智能车载终端 的详细功能介绍和软硬件设计思路，为今后的大规 模应用提供了实现方法 ，对提高电动汽车用户和汽 车企业参与互动的积极性具有重要意义。 参考文献 【 1 】陈 磊 ， 黄 琦 ， 张 昌 华 等 ． 考 虑 故 障 影 响 的 电 动 汽 车 充 电 系 统 控 制 策 略 的研 究 [ J 】 ． 电 力 系 统 保 护 与 控 制， 2 0 1 2 ， 4 O 7 1 1 7 1 2 2 ． 【 2 】VENAYAGAMO ORT HY G K Mr F R A P 、CORZI NE K，e t a 1 ． Re a l - t i me M o d e l i n g o f Di s t r i b u t e d P l u g - i n v e h i c l e s f o r V2 G Tr a n s a c t i o n s [ J ] ．I EE E E n e r g y Co n v e r s i o n Co n g r e s s a n d E x p o s i t i o n ， 2 0 0 9 3 9 3 7 3 9 4 1 ． 【 3 】HI NE S C， DOWDS P ， BL UMS ACK J ． Mo d e l i n g t h e I mpa ct of I nc r e a s i n g PHEV Loa ds o n t he Di s t r i but i on Fa r me r [ C】 ． 4 3 r d Ha wa i i I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n S y s t e m S c i e n c e s ， 2 0 1 0 1 - 1 0 ． 【 4 】LARS B， FREDRI KSSON ． CAN f or c r i t i Ca1 e mb e d de d a u t o mo t i v e ne t wo r k s 【 J 】 ． I EEE M i c r o s y s t e m， 2 0 0 2 ， 2 2 4 2 8 3 5 ． 【 5 】邬宽明． C A N总线原理和应用系统设计[ M】 ． 北京 北京航 空航天大 学出版社， 1 9 9 6 ． 【 6 】马越 ． An d r o i d的架构 与应用 【 D】 ． 北 京 中国地质 大 学， 2 0 0 8 ． [ 7 】詹成国， 朱 伟， 徐敏 ． 基于An d r o i d 的测控装置 人机界面 的 设计 与开发【 J 】 ． 电力 自动化设备，2 0 1 2 ， 3 2 1 1 1 9 1 2 2 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m