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篇1:物联网的井控装置信息管理系统分析论文
物联网的井控装置信息管理系统分析论文
摘要:井控装置为预防钻井作业过程中井喷事故的发生提供了保障,但是每年的井控安全检查中都发现不合格的井控装置,其原因主要是井控装置没有严格按标准进行检维修。为解决这些问题,基于物联网技术建立井控装置信息管理系统,给每台设备安装具有唯一身份编码的电子铭牌;通过建立厂家制造模块、使用模块及检维修模块三大模块,在PC端录入井控装置核心档案记录,杜绝了数据造假,规范了检维修管理流程;利用手机APP可随时查询了解井控装置的生命周期信息,提高了井控装置在使用过程中的本质安全。
关键词:井控装置;物联网;电子铭牌;信息管理系统
目前中国石化各地区工程公司井控装置的管理模式多样化,检维修标准执行幅度不统一,管理方式差异大[1],在每年的井控安全检查中,多次出现不合标准的现象,给井控管理造成了极大的隐患,可能导致井控失控[2-4]。中国版工业4.0规划《中国制造2025》行动纲领提出要大力发展物联网技术,物联网产业是当今世界经济和科技发展的战略制高点之一[5],是新一代信息网络技术的高度集成和综合运用,是新一轮产业革命的重要方向和推动力量。它利用识别技术随时获取产品从制造、用户使用直到报废的各个阶段信息数据,形成生命周期管理。物联网技术已经在各行业领域广泛使用,也为石油工程领域发展发挥了重要作用。按照中国石化石油工程公司的要求,采取物联网+井控装置管理的模式,依据有关行业标准和技术规范,对中国石化国内井控装置管理建立统一的信息管理平台。通过建立PC端和手机APP办公平台,可方便查阅井控装置的当前及历史使用情况。通过系统数据分析,可了解设备质量情况,促使制造厂家不断改进质量。通过完善检维修流程,使井控车间检维修过程更加规范统一。钻井队可通过系统了解井控装置状态和技术数据,促进装置的合理使用。通过第三方检测机构开展I类井控装置3年期检测并录入相关记录,确保了数据的公正性和真实性,如遇到重要险情,可快速了解井控装置的状况,使领导决策有据可依。降低了井控系统不安全使用风险。
1系统设计
系统主要由电子铭牌技术、PC系统及手机APP等组成,三者相互作用构成了物联网+井控装置管理。每台井控装置上都安装有具有唯一身份编码的电子铭牌,以联结现场实物与信息管理系统。建立PC系统,在系统中录入井控装置电子档案,通过电子编码搜索查询该装置的使用情况。采用手机APP扫描电子铭牌或者直接输入查询内容随时随地了解井控装置生命周期信息。1.1电子铭牌技术电子铭牌的使用要求非常高,主要表现在:井场防爆要求高,RFID射频技术的使用受到限制;工作环境恶劣,井控装置寿命为十几年,要求电子铭牌的寿命也达到同等年限;要方便手机APP查询。综合各方面因素,电子铭牌采用二维码的形式。二维码的优点是容错能力强,在一定破损情况下依然可以读取;制作成本低,持久耐用;除了可在不锈钢铭牌上刻制二维码,加工成电子铭牌,还可在井控装置检测报告上印上二维码,方便手机APP扫描查询。电子编码的编码规则充分考虑了23大类549种典型型号井控装置,通过电子编码可知道设备的关键参数。在激光打标机的打标程序中将电子编码转换成二维码,然后将二维码及对应的明码打标刻印在不锈钢材质的'电子铭牌上,再采用卡箍或氩弧焊形式将不锈钢电子铭牌固定安装在井控装置上.1.2信息管理系统信息管理系统的设计是在井控装置生命周期的基础上,依据SY/T6160—《防喷器检查和维修》、SY/T6270—《石油钻采高压管汇的使用、维护、维修与检测》等标准执行的。井控装置生命周期如图2所示,涵盖了井控装置从出厂、上井使用、检维修及报废等全生命过程。系统设计原则:①分析不同地区工程公司的管理模式,力求把井控标准贯穿到整个系统中;②流程简约流畅,使用方便,尽量减少现场的输入量,达到输入标准化,并可进行数据追溯;③考虑到实际记录数据种类多,需突出重点,检测试压报告和大事件以附件形式上传到系统中,领导、井控车间、井队希望看到的内容都能看到;④记录的关键数据可统计分析。PC端开发基于Java语言,该语言具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性[6]。在全球云计算和移动互联网的产业环境下,具备显著的优势。在网络搭建方面,考虑到制造厂家、钻井公司、井控车间、井队及第三方检测机构都参与系统数据的录入,涉及的单位部门很多,将系统服务器搭建在内网,可方便内网用户登录,对于外网用户可通过VPN账号登录。手机APP的开发基于安卓系统,通过VPN连接阿里云服务器和后台数据库,在外网环境下可直接登陆访问手机APP。APP内置二维码扫描软件,扫码快速准确。
2系统功能及特点
PC系统输入分三大功能模块,分别是厂家制造模块、使用模块及检维修模块。1)厂家制造模块:井控装置制造完成后,在发往井控车间之前,制造厂家通过外网登陆,录入井控装置基本信息,并提供相关质量文件,提交审查。资产所属单位对基本信息进行审查,审查合格后进入到基本信息库。对于已有的井控装置,由资产所属单位相关人员直接录入到基本信息库里,设备状态调整为完好。2)使用模块:钻井公司根据钻井设计录入每开与井控相关的参数,并上传井控设计和配套需求计划,井控车间根据配套需求计划,对每一开进行井控装置配套并送井交接,此时设备状态由完好变为在用。现场使用过程中,井队可对单台井控装置出现的问题进行描述,另外还需上传现场检维修单扫描件、井控装置每开开钻前和钻开油气层前的试压等报告。每开完钻后进行回收交接,井控车间回收,回收后设备状态变为待修。3)检维修模块:井控车间负责3月期、1年期及回场的检修记录数据录入以及相关检测报告上传,第三方检测机构负责3年期的检维修记录数据录入及相关检测报告上传。检维修结束后进行结果判定:如果为完好,则入完好库;如果报废,则入报废库;如果需要大修,则井控车间对大修设备进行提交并由大修厂家接收,大修结束后厂家将大修资料进行上传,经井控车间验收合格后入库,设备状态变为完好。PC系统输出可根据各地区工程公司的需要进行设计,输出表格主要有井控装置汇总统计表、送井回收交接清单、检维修汇总清单等。1)操作标准化。形成厂家库,使厂家名称统一,方便统计。2)具有提醒功能。甲单位将设备调给乙单位,系统提醒乙单位接收。井控车间将设备回收后,在流程交接点弹出警示框.3)提高工作效率。为了减少工作量,录入检维修记录时每一栏的检查情况默认为合格,有问题则对问题进行描述。4)对3年期检测年限设置预警。基本信息查询界面中,可查看最近一次3年期检测日期与当前日期的时间间距,对时间间距进行排序,时间间距最长的排在最前面,时间间距超过3年的采用红色标记警示。5)检测内容真实。检维修模块上传试压、声发射、探伤报告,并且将对应的照片上传.确保检测内容的真实性。6)具有针对性。大修时厂家可以查看最近一次的检测报告,根据检维修记录中的问题进行针对性的修复。7)查询功能强大。可以链接查询井队、井号及单台设备信息。手机APP分二维码查询、井控装置查询、井号查询及井队查询等四大查询模块。查询流程如图7所示,通过二维码查询可对电子铭牌或者证书报告上的二维码进行扫描,进而查看单台设备时间轴。通过该时间轴可展示井控装置生命周期中的关键环节信息,例如出厂信息、上井使用信息、检测信息、大修信息等。井控装置查询支持模糊搜索,可输入关键信息以缩小查询范围。通过井号和井队查询可了解某口井的信息及相应每开的配套清单。
3应用效果
该系统开发完毕后对中国石化各地区工程公司相关人员进行了多次培训,该系统已在各工程公司井控车间和井队推广运行,另外作为第三方检测机构的世纪派创石油机械检测有限公司也已经正式使用该系统,已录入I类井控装置三年期检测报告。系统在运行过程中获得了大家的好评,一致认为系统流程合理,符合现场实际,操作简洁实用,数据具有可追溯性,能实现井控装置生命周期管理。
4结论
1)基于物联网技术建立的井控装置信息管理系统,使物联网与井控装备行业融合,创造了新的井控安全环境。2)井控装置信息管理系统主要由电子铭牌技术、PC系统及手机APP等组成,给每台设备安装具有唯一身份编码的电子铭牌,在PC端录入井控装置核心档案记录,杜绝了数据造假,规范了检维修管理流程。利用手机APP可随时查询了解井控装置的生命周期信息,提高了井控装置在使用过程中的本质安全。3)厂家制造模块、使用模块及检维修模块构成了系统的核心,这三大模块的设计符合现场实际,操作简洁实用,数据具有可追溯性。
参考文献:
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篇2:通用型物联网综合信息管理平台设计论文
物联网应用的多样性、分散性和缺乏管理等问题制约着物联网的发展。物联网要连接和信息管理的对象是包括静止和移动的末端设备及各种资产,这些设备连接上传感器等感知设备成为网络中的节点。基于物联网这种网络特点,利用通用网管的思想设计通用型物联网综合信息管理平台时,可以将各种异构的系统和分布式资源进行整合,以实现管、控、营一体化,从而构建物联网运维系统,为建设低碳、智能、节约型社会提供技术支撑。
0 引 言
当前,全球经济逼近二次探底的边缘,新一轮的工业革命呼之欲出。有专家指出,在新一轮的工业革命中,信息是最核心的要素,信息革命是新一轮工业革命的骨架和灵魂。为了推动工业化发展进程,必须把信息和物理世界相互融合,物联网就是一个很好的例子[1]。
物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮,并受到各国政府、学术界和工业界的广泛重视。它通过传感器把互联网和物理世界连在一起,用信息的“力量”使物理的世界产生变革,推动社会工业化的发展。
物联网体系包含三层架构,即感知层、网络层和应用层[2]。感知层包括传感器等数据采集设备以及数据接入到网关之前的传感器网络;网络层是实现各种通信网络与互联网的融合,将物体接入信息网络,随时随地进行可靠的信息交互和共享;应用层是指利用各种智能计算技术,对海量的跨地域、跨行业、跨部门的感知数据和信息进行分析处理,提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力,实现智能化的决策和控制。图1所示是物联网的三层结构图。
图1 物联网的三层结构
目前,物联网产业发展十分迅速,各个运营商和集成商也是站在更高的角度,集中力量开发物联网管理平台。尽管关于平台的研究都有一些成果,但是,这些平台存在平台多样、标准不统一、缺乏创新等问题,严重制约着物联网的发展。本文针对以上问题,提出了一种自主创新的通用型物联网综合信息管理平台的体系结构,以适应广泛的传感节点和不同的行业应用,实现对网络资源的统一管理,使物联网的应用更加普遍和灵活,提升我国在物联网领域的竞争力。
1 物联网平台的研究现状
现阶段国内外物联网平台的研究主要存在以下一些问题:
第一是应用广泛,导致平台多样而不统一。物联网的应用多种多样,每一个应用对应一个不同的平台,从而导致关于物联网平台的研究多数局限在某个具体的应用领域[3],例如物流行业、智能楼宇、路灯管理等,而没有考虑适用于各行业的物联网的整体架构。
第二是技术标准不统一。现阶段,物联网应用技术主要包括基于RFID技术的应用、基于传感网络的应用、M2M应用和“两化融合”等相关应用[4]。对于每一类应用,使用的硬件和软件技术各不相同。RFID相关应用主要是利用射频识别技术和传感网络,以及用于传感器、传感网以及采集信息的嵌入式系统;M2M主要是基于有线长距离和无线长距离两种通信方式的应用;“两化融合”是自动化和信息化的融合,主要依赖于有线短距离通信,以现场总线为主作为“最后一公里”连接,然后并入IP网。这种情况就导致了物联网发展相互分离,不能进行资源的有效整合,浪费人力、物力和财力,与经济节约型社会的发展背道而驰。
第三则是管理平台的可参考模型存在弊端。目前,还没有一个规范化的物联网体系架构模型。对于现阶段可以参考的管理平台体系结构来说,在国外,欧盟的EPC global主要针对物流仓储的物联网应用模型[5],具有一定局限性,不能广泛应用于其他领域;而国内目前的管理平台也存在一些问题,很多都是借鉴国外已有的平台进行各自为主的行业开发,缺乏创新性,参考价值不大。
由于物联网平台的体系架构是指导具体应用系统设计的首要前提,因此,建立一个具有框架支撑作用的体系架构至关重要。
2 物联网的网络结构及其特点
物联网要连接和服务的对象是末端设备和各种资产,包括各种基于微处理器做成的应用系统、各种智能卡或RFID卡,以及安装在机器上的传感器等。这些设备相互连接组成传感器网,传感器网作为末端的信息采集者将信息发送给网络,是一种可以快速建立,不需要预先存在固定的网络底层构造的网络体系结构。
物联网,特别是传感网中的节点可以动态、频繁地加入或者离开网络,它们不需要事先通知,也不会中断其他节点间的通信。网络中的节点可以高速移动,从而使节点群快速变化,节点间的链路通断变化频繁。传感器网络的这些使用上的特点,导致物联网或者是传感网具有如下特点[6]:
(1) 网络拓扑变化快;
(2) 传感器网络难以形成网络的节点和中心;
(3) 传感器网络的作用距离一般比较短;
(4) 传感器网络数据的数量不大;
(5) 物联网网络对数据的安全性有一定的.要求;
(6) 网络终端之间的关联性较低。
为了有效地进行传感设备和节点的管理,将物联网要管理的终端设备或资产看做网络中的网元,并利用通用网管的思想对设备进行信息管理[7],按照OSI的定义,网络管理主要包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费管理等五个功能域[8],其具体示意图如图2所示。
图2 物联网的网络结构及管理功能
篇3:通用型物联网综合信息管理平台设计论文
3.1 物联网综合信息管理平台框架设计
针对目前物联网平台存在的问题以及物联网的网络特点所设计的物联网综合信息管理平台的框架图如图3所示。本平台基于通用的网络管理思想,将各种感知设备看做网络中的节点来实现网络管理的五大功能,并提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、报警联动、调度指挥、远程控制、安全防范、统计报表、决策支持等管理和服务功能,从而实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。
3.2 物联网综合信息管理平台的体系结构
根据物联网的三层架构设计的物联网综合信息管理平台的体系架构如图4所示。
篇4:通用型物联网综合信息管理平台设计论文
3.2.1 感知层
物联网综合信息管理平台根据不同的采集对象选择有线局域网或无线组网等不同的组网方式,采集节点可根据需要选择不同的传感器节点,例如温湿度传感器、压力传感器等。
物联网综合信息管理平台的数据采集终端由硬件和软件两部分组成。采集终端可对传感器节点传递过来的数据进行处理、存储,并在网络层发出请求时传递出去。
3.2.2 网络层
物联网综合信息管理平台可利用中间件技术,并基于TCP/IP协议对感知层的数据进行解析、编码,并传输到网络层,同时可兼容有线网络、无线网络等通信模式,以实现不同通信协议的异构物联网网络的接入和访问[9]。
3.2.3 应用层
物联网综合信息管理平台的应用层通常由硬件设备和应用软件构成。其中,硬件设备是在满足网络功能要求的前提下,采用云计算概念,在服务器上完成主要功能[10],包括数据存储服务器、Web服务器和中心处理服务器,以分别负责数据的存储、应用程序的管理和各种功能的处理。管理员和操作员通过网络访问云端数据,使系统更加安全、可靠,以便于系统功能与规模的扩充。应用软件则在满足网络管理基本功能的前提下,通过通用管理模板,实现大多数物联网及其资源的管理,用户也可以根据不同行业应用的特殊要求自定义模板。软件系统大多基于B/S结构,可提供远程维护支持。
3.3 物联网综合信息管理平台的特点
本物联网综合信息管理平台的主要特点表现在以下五个方面:
(1) 可应用于各种领域。本物联网综合信息管理平台没有行业限制,感知层可以根据行业需要接入不同的传感器节点(例如温湿度传感器、压力传感器等)进行信息采集;软件管理系统能够针对不同对象实现不同的管理功能,从而构建可扩充、可扩展、可视化的综合管理平台。
(2) 兼容多种通信模式。利用自主开发的中间件可兼容多种通信模式,实现不同通信协议的异构物联网网络的接入和访问,从而真正组成一个可连接各种感知终端的有机通信网络平台。
(3) 统一协议。本物联网综合信息管理平台基于标准的网管协议SNMP对设备进行管理,能提供开放性的接口给用户,同时兼容自主开发的协议和特殊行业的协议,也可以实现不同设备和网络之间的互通,从而实现对不同领域、不同设备的管理。
(4) 模块和分布式设计。基于通用网管的思想,在通用的管理功能(故障管理、性能管理、配置管理、安全管理、计费管理)的基础上,可提供特殊行业的管理功能,实现对终端设备的模块化和分布式管理。本平台可大可小,可深可浅,可单独使用,也可联合使用,而且容易剪裁成行业实时管理平台,比如IDC机房管理、粮库管理、污染或能耗监测管理等多样性平台。
(5) 节约资源。本设计将五种管理功能集成到一个平台,以对数据和设备进行有效管理,提高管理效率和服务质量,节约资源,实现低碳低污染的智能环保型经济模式。
4 结 语
随着全球一体化、工业企业自动化和信息化进程的不断发展,企业或个人都对生产、物流以及销售等各个环节的质量要求越来越高,全流程监控以及服务整合将是未来企业发展的方向。物联网综合信息管理平台可为行业整合提供一种思路,互通互联的结构可以有效对各类服务进行整合,提高企业整合的高效性,为建设低碳、智能、节约型社会和实现环境友好型经济提供一定的技术支撑。
篇5:窄带物联网的地下停车场灯控系统设计论文
窄带物联网的地下停车场灯控系统设计论文
摘要:窄带物联网(NB-IoT)凭借大连接、广覆盖、深穿透、低成本及低功耗等优点,逐渐成为物联网市场的新热点。尤其在传统无线信号无法覆盖的地下停车场,其实时发送数据的能力得到很好地体现。文章以金葫芦GIoT开发套件为基础,利用KDS与VS开发平台,利用窄带物联网设计了一款专门针对地下停车场的灯控系统,实现了智能开灯、智能关灯、远程控制等多种功能。现场使用证明,该系统运行情况及性能良好,极大地提高了地下停车场的管理效率。
关键词:NB-IoT;地下停车场;灯控系统
1概述
2017年6月6日国家工信部办公厅正式下发《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》,明确了建设与发展NB-IoT-IoT网络的意义,对NB-IoT标准、设备、芯片、模组、测试、应用、网络等方面,部署了了具体任务。特别是,在NB-IoT网络建设方面,要求到2020年全国基站规模达到150万个,实现普遍覆盖。2017年末,要求达到40万个基站建设任务,实现对直辖市、省会城市及其他主要城市的覆盖。这就意味着,NB-IoT技术将迅速生根落地,开花结果[1,2,3]。除此之外,NB-IoT所具备四大特点:一是广覆盖;二是具备支撑海量连接的能力;三是更低功耗;四是更低的'模块成本[4,5]。鉴于此,本文利用KDS与VS开发平台,利用窄带物联网,设计了一款专门针对地下停车场的灯控系统,实现了智能开灯、智能关灯、远程控制等多种功能,极大地降低了值班工人的劳动强度,有效提高了地下停车场的管理效率,具有良好的社会效益。
2系统设计方案
根据NB-IoT应用架构,分别从终端、信息邮局、人机交互系统来设计方案。最终设计方案。一是终端:方案选取金葫芦GIoT,方案优势专为NB-IoT设计的集成芯片,具有针对性强、集成度高,开发方便,其含32为ARMCortex-M0+内核的KL36微控制器、GIoT通信模组、三色灯、SWD写入器接口、TTL串口(UART0/UART2)及两排对外接口组成;二是信息邮局:方案选取华为云服务,方案优势是处理速度和传输速度快;三是人机交互系统:方案选取VisualStudio,方案优势是具有开发简单,开发周期短,上手快,大大提高研发效率。
3系统实现
3.1终端程序设计
USB口通电后,红灯亮表示通电正常,LCD显示芯片温度“H0-xx.x”,时间约10秒。接着LCD显示设备唯一标识IMSI;进入主循环,LCD显示时间“hh.mm.ss”,每秒更新一次。在这个过程中,若按下触摸按键TSI3次或时间每隔120秒,终端想云服务器发送一次数据,LCD提示“H1-1007”表示数据发送成功。若显示“F..”则失败,可能是基站信号弱;在数据发送过程中,若能成功连接基站,则在LCD上显示“H1-1003”与“H1-1004”之间会显示提示“H1-xx”,其中xx为当前信号强度(百分比表示)。xx在70以上,通信较为流畅;另外,若需获得运行过程信息,可使用串口通信方式(波特率:115200),使用串口调试工具即可[6]。
3.2云端转发程序设计
通过文献[7]提供的一些技术帮助,最终设计了云端转发程序。
3.3人机交互程序设计
根据工程实际要求,页面中有监测和控制两大功能,最终开发的界面如图3所示[8]。通过在界面上写入0或1就能控制指定区域的灯光开启或关闭。同时可以实时观察到光强数据。
4性能测试
测试项目1,终端-云通讯,测试方法为基本信息、通信信息、光控信息等在终端与云端相互进行传送,测试结果通讯成功;测试项目2,PC-云通讯,测试方法为基本信息、通信信息、光控信息等在PC端与云端相互进行传送,测试结果通讯成功;测试项目3,灯控开关,测试方法为分别在界面指定位置发送0与1,测试结果控制成功。
5结束语
本文以金葫芦GIoT开发套件为基础,利用KDS与VS开发平台,利用窄带物联网设计了一款专门针对地下停车场的灯控系统,实现了智能开灯、智能关灯、远程控制等多种功能。现场使用证明,该系统运行情况及性能良好。
参考文献:
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★ 管理提升活动方案
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