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瑞斯康達科技發(fā)展股份有限公司

1　目標和概述

1.1　行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

圖1 生產(chǎn)現(xiàn)場面臨的挑戰(zhàn)

通過市場調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)油田企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)字化程度比較高，但是依然存在一些問題：在系統(tǒng)建設(shè)方面，油井側(cè)所涉及的產(chǎn)品種類及數(shù)量非常多，導致了設(shè)備采購周期長，現(xiàn)場設(shè)備之間的接線比較復雜，導致了施工周期長；在運行維護方面，現(xiàn)場的工業(yè)交換機、工業(yè)路由器、工業(yè)收發(fā)器、無線網(wǎng)橋、RTU等設(shè)備種類及數(shù)量繁多，導致了質(zhì)量管控難、潛在故障點多、登高作業(yè)風險高、運維工作量大、維護材料成本及維護費用居高不下；在生產(chǎn)管控方面，數(shù)據(jù)分析過度依賴人工經(jīng)驗，數(shù)據(jù)分析的工作量大，技術(shù)人員數(shù)量多，對技術(shù)人員的要求非常高，培養(yǎng)高標準的技術(shù)人員花費大。同時能源消耗量高，現(xiàn)場缺乏對油井工況的實時分析，無法實現(xiàn)對油井生產(chǎn)過程中的精準調(diào)頻、智能間開；在擴展能力方面，油井側(cè)傳統(tǒng)的RTU設(shè)備不便于擴展，新增的設(shè)備需要重新部署系統(tǒng)，例如含水分析儀、動液面分析儀等，設(shè)備之間不能共享，導致了客戶的重復投資。井場側(cè)沒有無線專網(wǎng)覆蓋，不便于現(xiàn)場維護終端的快速接入和生產(chǎn)指揮中心與前端維護人員的即時語音以及高清視頻的數(shù)據(jù)通信，無法滿足油田快速、高效處理前端問題的需求。

1.2　主要目標

圖2 生產(chǎn)業(yè)務(wù)雙閉環(huán)雙擴展

目前，油田的生產(chǎn)業(yè)務(wù)，只有從生產(chǎn)現(xiàn)場到指揮中心的單閉環(huán)運行，這種方式不利于實時性要求高的業(yè)務(wù)處理。在本項目中，我們將通過邊緣計算，打造數(shù)據(jù)在現(xiàn)場的閉環(huán)運行，并把現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場邊緣計算進行處理并生成指令，再下達給現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備進行執(zhí)行，同時監(jiān)控傳感器運行的狀況，并把現(xiàn)場的相關(guān)有必要上傳的信息，上傳到云端，在云端實現(xiàn)算法設(shè)計研發(fā)、模型訓練迭代、工業(yè)APP管理以及批量部署。通過這種云邊協(xié)同的方式，本項目立足于油田生產(chǎn)現(xiàn)場運行管理，一方面，在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，打造“兩個閉環(huán)，兩個擴展”來優(yōu)化資源建設(shè)和協(xié)同不同設(shè)備之間的運轉(zhuǎn)，持續(xù)智能升級。

1.3　整體概述

圖3 智能網(wǎng)關(guān)部署方案

瑞斯康達提出了邊緣注智智能網(wǎng)關(guān)的解決方案。該方案在硬件部署時，不會改變油田的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，也不會改變生產(chǎn)現(xiàn)場的接線方式和接線線序。對于老舊井改造，可以利舊，直接接入現(xiàn)有的RTU；對于新建井項目，在通信箱內(nèi)部署智能網(wǎng)關(guān)，在油井控制柜部署采集網(wǎng)關(guān)，無線儀表和視頻業(yè)務(wù)可以通過Zigbee方式和網(wǎng)線接入一體化智能網(wǎng)關(guān)，智能電表和變頻器可以通過RS485接入采集網(wǎng)關(guān)。業(yè)務(wù)上行方式根據(jù)現(xiàn)場資源條件有多種選擇，可以通過網(wǎng)關(guān)接入無線網(wǎng)橋進行回傳，或者通過4G/5G方式接入運營商提供的APN網(wǎng)絡(luò)進行回傳，如果光纖到井口，可以與相鄰井場或廠站的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組建星型、鏈型、環(huán)型等多種網(wǎng)絡(luò)。

1.4　方案的功能與創(chuàng)新

1.4.1功能

（1）產(chǎn)品一體化：油井側(cè)數(shù)據(jù)采集控制與通信設(shè)備由傳統(tǒng)的RTU、工業(yè)交換機、工業(yè)路由器、工業(yè)收發(fā)器等升級為智能網(wǎng)關(guān)和采集網(wǎng)關(guān)，設(shè)備種類及數(shù)量減少的同時減少設(shè)備之間的連線，采集網(wǎng)關(guān)即插即用，安裝、更換無需現(xiàn)場配線，縮短了設(shè)備采購周期和施工周期，減少了設(shè)備層級，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)快速開通。

（2）業(yè)務(wù)智能化：智能網(wǎng)關(guān)除了采集控制功能，還具備本地計算能力，可通過工業(yè)軟件將采集到的數(shù)據(jù)進行本地處理分析，毫秒級本地調(diào)參以及實時控制，降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，同時節(jié)省了流量，當油井故障可自動停井，有效保護了客戶資產(chǎn)；同時智能網(wǎng)關(guān)支持遠程管理維護，減少了維護人員的工作量，降低了維護人員的工作壓力；Zigbee儀表可通過智能網(wǎng)關(guān)自動連接并識別，實現(xiàn)了資產(chǎn)臺賬自動維護更新，無需人工錄入。

（3）軟硬可擴展：智能網(wǎng)關(guān)支持多軟件部署，例如柔性生產(chǎn)軟件、智能剎車軟件、視頻分析軟件，模型云端訓練，可批量部署更新；同時智能網(wǎng)關(guān)內(nèi)部具備模塊擴展，可擴展AI加速板卡，實現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的智能分析；支持可信WLAN模塊擴展，實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場可信無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

1.4.2創(chuàng)新

圖4 定頻運行存在的問題

改造前，抽油機采用定頻、恒速的運行方式，存在以下幾點問題：

（1）電流沖擊大：恒頻啟動沖擊電流巨大，沖擊電流對供電電網(wǎng)會產(chǎn)生影響，在下沖程周期中產(chǎn)生的倒發(fā)電現(xiàn)象會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大波動。

（2）設(shè)備損害：強恒頻模式下，驢頭上下往復運動產(chǎn)生的機械沖擊大，對管路、泵體、閥門密封性會造成磨損破壞，機械設(shè)備因振動帶來損耗，增加了油井故障停機率。

（3）運行能耗高：在恒頻模式下，抽油機上下沖程運動時所需的載荷并不相同，即便有平衡塊儲能做功，對于載荷差的減小仍有限，抽油桿自重的升降所消耗的能量仍然很大。

圖5 柔性生產(chǎn)效果展示

改造后：

（1）油井應(yīng)用智能調(diào)參：根據(jù)電參、載荷等數(shù)據(jù)自動尋找油井的最佳運行工況，減少無用功，降耗。

保護設(shè)備：在油井的一個沖次內(nèi)，實現(xiàn)柔性變頻運行，減小抽油桿的彈性形變，降低抽油桿的疲勞度，減小震動摩擦，從而起到保護設(shè)備的作用，延長檢修周期。

工況優(yōu)化：包括稠油井增產(chǎn)治理、出砂井增產(chǎn)治理、結(jié)蠟井除蠟治理、供液不足井間開治理等。

（2）轉(zhuǎn)接站應(yīng)用

混輸泵調(diào)壓：保持輸油管道壓力穩(wěn)定，減少輸油管道穿孔；保護螺桿泵，延長使用期限；計算螺桿泵泵效，實現(xiàn)預警。

稠油摻水：自動計算稠油摻水量，保證稠油在輸油管道中順暢管輸。

（3）注水站應(yīng)用

環(huán)保注水：利用緩沖池緩存地下采出水，根據(jù)電價進行分階段注水，在不影響生產(chǎn)的前提下，可極大節(jié)約電費。

邊緣計算實現(xiàn)了井場的本地閉環(huán)運行，減小了對網(wǎng)絡(luò)的依賴，提高了穩(wěn)定性和實時性。它摒棄了軟件跟著硬件走的傳統(tǒng)方式，實現(xiàn)了軟件定義硬件，根據(jù)軟件功能的需要接入硬件，硬件只是作為感知和執(zhí)行單元，有利于硬件復用、降低成本和維護，方便軟件功能的擴展。

根據(jù)生產(chǎn)需要開發(fā)各種邊緣應(yīng)用，它們可遠程部署、調(diào)參、狀態(tài)監(jiān)控，管理和可維護性強。

它們實現(xiàn)了設(shè)備解耦，邊緣應(yīng)用開發(fā)時，用戶只需關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯，無需關(guān)注設(shè)備間的通信協(xié)議及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，極大降低了邊緣應(yīng)用的開發(fā)難度。

2　方案介紹

2.1　方案描述

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和科學技術(shù)水平的不斷提升，我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自身更加快速、便捷以及超高性價比等優(yōu)勢凸顯，逐漸成為人們重點關(guān)注的技術(shù)，同時移動通信領(lǐng)域也迎來了更為快速的發(fā)展。作為當前通信技術(shù)中的領(lǐng)先技術(shù)，5G+邊緣計算技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用意義重大，推動油田生產(chǎn)進入智慧化的時代。

智慧油田是建立在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)油田的智能化運行和科學化管理，從而提升油田的經(jīng)濟效益。智慧油田在數(shù)字油田的基礎(chǔ)上，對數(shù)字油田的建設(shè)成果做了新的整合和創(chuàng)新，同時這也是未來油田發(fā)展的一個主要趨勢，智慧油田的建設(shè)包括地質(zhì)、工程、管理、民生等方面，并且注重實現(xiàn)信息的融合和分享。

智慧油田是在數(shù)字油田的基礎(chǔ)上被提出來的全新的理念。現(xiàn)階段，智慧油田仍舊處于初始發(fā)展的階段，，作為數(shù)字油田的一種高級發(fā)展模式，智慧油田充分體現(xiàn)了能源行業(yè)發(fā)展的演進過程和必然趨勢。

數(shù)字油田的目標是實現(xiàn)油田經(jīng)營、運作、管理的智能化，而智慧油田則是實現(xiàn)油田的智能化和人類智慧的完美結(jié)合。因此，數(shù)字油田到智慧油田的發(fā)展經(jīng)歷了從數(shù)據(jù)采集存儲到數(shù)據(jù)的深度挖掘分析的轉(zhuǎn)變過程，充分實現(xiàn)了對傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化管理。此外，建設(shè)智慧油田關(guān)鍵在于充分結(jié)合現(xiàn)今5G、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算及人工智能等技術(shù)，對油田的運行系統(tǒng)信息進行安全、有效的整合分析，開啟智慧油田新篇章。

智慧油田主要涉及到生產(chǎn)和生活兩個主要方面，按照職能劃分其大致可以分為智慧工程、智慧管理、智慧地質(zhì)、智慧民生幾個方面。首先，所謂智慧工程指的是在工程建設(shè)中充分使用各種先進的技術(shù)手段。智慧油田建設(shè)中所涉及到的工程主要有勘探、鉆井、采油、運輸、道路、原油、電力、通訊等工程。其次，智慧管理旨在對石油的生產(chǎn)運營實現(xiàn)遠程上的監(jiān)督管理。它通過監(jiān)控系統(tǒng)可以對各崗位實現(xiàn)實時動態(tài)的監(jiān)督，當出現(xiàn)問題的時通過遠程的診斷、分析，發(fā)現(xiàn)問題所在并做出及時有效的處理。這樣的管理方式使得整個石油生產(chǎn)運作平臺可以安全、健康地運行，同時還大大降低了能源的消耗，增加了產(chǎn)能。

基于5G技術(shù)的高帶寬、低時延、大容量等技術(shù)特點，結(jié)合瑞斯康達科技發(fā)展股份有限公司的工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)的技術(shù)特點，瑞斯康達提出了云邊協(xié)同，數(shù)據(jù)賦能，助力油田生產(chǎn)智慧化發(fā)展的解決方案。

瑞斯康達云邊協(xié)同，數(shù)據(jù)賦能，助力油田生產(chǎn)智慧化發(fā)展解決方案的體系架構(gòu)，如圖6所示，涵蓋了數(shù)據(jù)感知、物聯(lián)平臺、數(shù)據(jù)應(yīng)用、人工智能等全方位業(yè)務(wù)。整個體系架構(gòu)分為應(yīng)用層、平臺層和感知層。感知層向下連接現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備，向上和平臺層對接。感知層的網(wǎng)關(guān)設(shè)備也是邊緣計算節(jié)點，具有計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲資源的功能，支持通過模板快速開通業(yè)務(wù)；平臺層負責安全地接入感知層的環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并對采集環(huán)境數(shù)據(jù)和告警事件進行存儲和邏輯處理，并對應(yīng)用層提供開放的接口，方便應(yīng)用層對告警事件進行分析處理，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，進行多級預警與報警，并進行及時、有效地處理，保障生產(chǎn)過程的安全性、穩(wěn)定性；應(yīng)用層負責將網(wǎng)關(guān)采集的儀表Zigbee數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并與油田物資管理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)井口儀表的全生命周期管理。

圖6 解決方案的體系架構(gòu)圖

（1）感知層

工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)解決了“云計算”資源過度集中、時延等短板，實現(xiàn)了“云、邊、端”的資源和任務(wù)的合理分配。對于油田生產(chǎn)來說，傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、機器學習等相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展和普及，是邊緣計算在這個領(lǐng)域成為可能的重要基礎(chǔ)。這些技術(shù)允許通過自動化處理更多任務(wù)。

工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)，作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能的核心基礎(chǔ)技術(shù)之一，可結(jié)合“傳感”“智能”和“數(shù)據(jù)”的核心部件，在感知層實現(xiàn)云-端交互與協(xié)同計算，將輕量級人工智能算法下沉至傳感終端。

瑞斯康達工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)，基于開源指令集架構(gòu)，嵌入式AI加速設(shè)計，支持實時運算，支持深度學習框架與深度學習模型。

通用網(wǎng)關(guān)通過豐富的端口形態(tài)和現(xiàn)場總線協(xié)議接入各類油井現(xiàn)場設(shè)備，包括環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備、智能電源管理、智能門鎖控制、Wi-Fi控制以及生產(chǎn)相關(guān)的儀表，利用自帶的計算能力可以實現(xiàn)協(xié)議解析、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)清洗工作；其根據(jù)用戶需要還可以提供邊緣計算能力，運行用戶自有腳本和程序，實現(xiàn)對前端數(shù)據(jù)的本地響應(yīng)和處理，實現(xiàn)對抽油機井、井口設(shè)備、管匯設(shè)備、分離設(shè)備的統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控；其可以提供豐富的告警策略，支持根據(jù)故障模式為維護人員提供包括故障診斷、處理建議在內(nèi)的動態(tài)策略，同時可提供油氣生產(chǎn)實時工況診斷和預測服務(wù)，針對包括抽油機井桿柱脫落、上下碰泵、氣鎖、供液不足等異常工況，提供基于機器學習的自動工況分類，以及基于專家標注和人工智能分析的實時工況診斷和預測，提升了油田設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)時間，降低了惡性故障的發(fā)生頻率，助力了油氣產(chǎn)量和質(zhì)量的提升；其可將采集到的數(shù)據(jù)按照指定要求通過北向MQTT協(xié)議向云平臺上報。

（2）平臺層

瑞斯康達云邊協(xié)同，數(shù)據(jù)賦能，助力油田生產(chǎn)智慧化發(fā)展解決方案管理平臺，可實現(xiàn)對各種工業(yè)APP軟件的管理，在平臺側(cè)可實現(xiàn)算法模型的研發(fā)、模型訓練迭代、工業(yè)APP的管理以及批量的部署，同時可實現(xiàn)油井、站庫環(huán)境量終端的接入，并可對生產(chǎn)儀表、設(shè)備進行管理；可對智能電源進行管理以及對智能門鎖、Wi-Fi模塊進行控制，可通過邊緣物聯(lián)代理設(shè)備的準入、管理及控制，搭建邊緣計算框架，配合邊緣物聯(lián)代理裝置實現(xiàn)業(yè)務(wù)計算邊緣化，實現(xiàn)智慧油井物聯(lián)網(wǎng)全景化展現(xiàn)。

圖7 全景化展現(xiàn)

在油井井口、聯(lián)合站、注水站、儲油庫側(cè)部署工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，工業(yè)5G通用網(wǎng)關(guān)模塊化設(shè)計，不同用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)需求配置不同類型的模塊，配合各種場景專用的工業(yè)APP軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、通信、存儲等功能。如油井口側(cè)工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)下行通過ZigBee接口連接載荷、角位移、壓力變送器、溫度變送器、流量計等儀表，通過RS485接口連接智能電表、變頻器，采集油井示功圖、載荷、回壓、井口溫度、電流、電壓有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、上下沖程最大電流值、上下沖程功率、平衡率、日用電量、累計電量、沖次、系統(tǒng)狀態(tài)與采集時間等數(shù)據(jù)，并且可對油井示功圖進行分析處理，再與本地示功圖的模型對比，本地邊緣計算，毫秒級調(diào)參，實現(xiàn)了油井能耗降低，同時柔性生產(chǎn)延長了油井的檢修周期，降低了客戶的維護成本。

工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)上行接口非常豐富，在光纜覆蓋的場景下可通過光口連接光纜進行數(shù)據(jù)傳輸。光纖組網(wǎng)方式靈活多樣，可組建環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)、鏈型網(wǎng)絡(luò)，在5G信號覆蓋的場景下可借助運營商提供的5G專網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸，解決了用戶布纜中遇到的征地協(xié)調(diào)難、資金投入大、建設(shè)周期長等問題。

2.2　方案優(yōu)勢

2.2.1產(chǎn)品高度集成

2.2.1產(chǎn)品高度集成相對于傳統(tǒng)的RTU/PLC+通信設(shè)備的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)具備數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)通信、邊緣計算、存儲等功能，一臺設(shè)備取代了傳統(tǒng)的多臺設(shè)備（RTU/PLC、工業(yè)交換機、工業(yè)網(wǎng)橋、工業(yè)4G路由器等），對于油田企業(yè)而言，在降低了設(shè)備投資的基礎(chǔ)上，同時也降低了設(shè)備的運維成本。

2.2.2業(yè)務(wù)快速開通

工業(yè)5智能網(wǎng)關(guān)上行支持5G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、大容量、低時延等特點完全能夠滿足油田企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場對網(wǎng)絡(luò)的要求，包括數(shù)據(jù)的采集上傳以及遠程的控制，無需敷設(shè)光纜，真正解決了油田企業(yè)敷設(shè)光纜帶來的建設(shè)成本高、征地用地協(xié)調(diào)難、施工安全風險高等難題。

2.2.3數(shù)據(jù)傳輸安全可靠

在5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可為運營商提供基于單一物理設(shè)施的多虛擬網(wǎng)絡(luò)運行服務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)切片能夠滿足個性化的業(yè)務(wù)需求，以需求為基礎(chǔ)自動構(gòu)建彼此隔離的網(wǎng)絡(luò)實體，以保證專網(wǎng)客戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽俊?/p>

2.3　產(chǎn)品特點

瑞斯康達工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)采用多核ARM的CPU系統(tǒng)，配備實時工業(yè)以太網(wǎng)接口、5G模塊、Wi-Fi、工業(yè)PON、工業(yè)串口、以太網(wǎng)電口和以太網(wǎng)光接口、人工智能加速NPU單元，以及安全監(jiān)測單元；軟件采用Linux操作系統(tǒng)，具有開放的軟件架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)路由功能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接入功能，支持容器化部署，具備深度學習推理能力，可滿足高性能、高實時性、高靈活性的使用場景。

設(shè)備可靠性滿足工作溫度范圍-40℃～+85℃，工業(yè)4級EMC電磁防護國家標準。設(shè)備通過主機+模塊化設(shè)計可有效降低成本，并實現(xiàn)多種工業(yè)接口靈活適配，滿足五類工業(yè)企業(yè)的設(shè)備，例如AGV、PLC、DCS、機器人、電力繼保裝置接入和協(xié)同運行。設(shè)備突破多核心自動調(diào)度技術(shù)，融合實時系統(tǒng)和非實時系統(tǒng)優(yōu)點，實現(xiàn)30種工業(yè)現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與5G協(xié)議轉(zhuǎn)換，具備系統(tǒng)功能完整性檢查和存儲安全加密特性防止黑客入侵。設(shè)備基于深度學習技術(shù)可解決復雜應(yīng)用場景下的流量識別和整形，滿足區(qū)分不同業(yè)務(wù)類型和優(yōu)先級等迫切需求。設(shè)備通過采用多核心自動調(diào)度技術(shù)，結(jié)合DPDK快速轉(zhuǎn)發(fā)和TSN技術(shù)，5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)處理轉(zhuǎn)發(fā)時延最低可達4ms，配合3GPP R16可實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)＋5G全網(wǎng)環(huán)境下時間敏感的網(wǎng)絡(luò)能力。

2.4　應(yīng)用效果

2.4.1降本增效

工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)集成了數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)通信、邊緣計算、存儲等功能，部署在生產(chǎn)現(xiàn)場（油井口），取代了傳統(tǒng)的RTU+網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的架構(gòu)，同時支持光纖、5G等多種上行方式，解決了油田企業(yè)敷設(shè)光纜帶來的建設(shè)成本高、征地用地協(xié)調(diào)難、施工安全風險高等難題，除了降低了油田企業(yè)購買設(shè)備的成本外，同時運維人員從之前的管理多臺設(shè)備到現(xiàn)在的管理一臺設(shè)備，也降低了運維人員的工作壓力，真正意義上為油田企業(yè)實現(xiàn)降本增效。

2.4.2設(shè)備運行狀況實時監(jiān)測

工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)具備本地計算處理能力，采集的生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)通過本地的分析處理，可與本地已建立的預警模型進行對比分析，實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的安全預警，對于保障生產(chǎn)設(shè)備的安全運行、避免惡性重大事故的發(fā)生有重要的意義。

2.4.3設(shè)備故障自動診斷

工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)通過采集現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)以及故障機理建立起故障模型，同時通過智能網(wǎng)關(guān)的學習、大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)故障預警和故障診斷，從而為生產(chǎn)設(shè)備的檢修決策和檢修實施提供了依據(jù)。

2.4.4提升節(jié)能降耗水平

工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)通過采集現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)，進行井下動液面、示功圖以及能耗分析，并利用大數(shù)據(jù)、云計算等先進信息方法與系統(tǒng)，配合智能網(wǎng)關(guān)邊緣計算、毫秒級調(diào)參的優(yōu)勢，在油井側(cè)采用變頻技術(shù)，實現(xiàn)油井的柔性生產(chǎn)，幫助客戶降低了生產(chǎn)能耗。

2.4.5智能化生產(chǎn)

在油田企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)字化、信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，工業(yè)5G智能網(wǎng)關(guān)引進更先進的信息技術(shù)、工業(yè)技術(shù)和管理手段，實現(xiàn)精確感知生產(chǎn)數(shù)據(jù)、優(yōu)化生產(chǎn)過程、減少人工干預，并通過科學合理的分步實施，最終使油田企業(yè)具備自分析、自診斷、自趨優(yōu)、自管理、自恢復、自學習的能力，進一步提高了效率，降低了成本。

3　代表性及推廣價值

在油氣開采行業(yè)中，該解決方案利用邊緣網(wǎng)關(guān)部署邊緣計算，實現(xiàn)就近數(shù)采、就近運算、就近控制，能更好地支撐井、站、庫以及管網(wǎng)等現(xiàn)場本地業(yè)務(wù)的實時智能化處理與執(zhí)行。目前，已經(jīng)在油田進行了規(guī)模化現(xiàn)場實踐，部署數(shù)量500余口油井、混輸泵，整體降低生產(chǎn)成本20%以上。

3.1　創(chuàng)新性

（1）邊緣計算實現(xiàn)了井場的本地閉環(huán)，減小了對網(wǎng)絡(luò)的依賴，提高了穩(wěn)定性和實時性。

（2）摒棄了軟件跟著硬件走的傳統(tǒng)方式，實現(xiàn)了軟件定義硬件，根據(jù)軟件功能的需要接入硬件，硬件只是作為感知和執(zhí)行單元，有利于硬件復用、降低成本和維護，方便軟件功能的擴展。

（3）根據(jù)生產(chǎn)需要開發(fā)各種邊緣應(yīng)用，它們可遠程部署、調(diào)參、狀態(tài)監(jiān)控，管理和可維護性強。

（4）實現(xiàn)了設(shè)備解耦，邊緣應(yīng)用開發(fā)時，用戶只需關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯，無需關(guān)注設(shè)備間的通信協(xié)議及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，極大降低了邊緣應(yīng)用的開發(fā)難度。

3.2　商業(yè)價值

邊緣計算已經(jīng)在油田進行了規(guī)模化實踐，其在節(jié)省人工、節(jié)能降耗、增產(chǎn)創(chuàng)收、設(shè)備保護等方面都取得了不錯的效果，后期隨著油田生產(chǎn)的需要和認識的提高，可增加更多邊緣應(yīng)用，助力油田增效增產(chǎn)。

摘自《自動化博覽》2024年第二期暨《邊緣計算2024專輯》