海上油田智能MCC系统海量数据的管理研究

[摘 要]在海上油田智能mcc（Motor Control Center）系统中，监控、统计及管理的基础数据众多，为了保证系统的稳定、可靠运行，需要对该系统海量数据进行管理研究。本文主要介绍海上油田智能MCC系统海量数据的管理机制及应用效果，通过对实时数据、类实时数据、统计管理数据等进行分级分层管理，避免信息通道的阻塞，实现海量数据的可靠存储、分析及交互。

[关键词]智能MCC 海上油田 海量数据 分级分层管理

中图分类号：T456 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0380-01

引言

海上MCC为石油天然气的开采及平台人员的生活提供生产、配电、管理保障，它的回路类型各异，回路个数及二次设备众多，节点状态及电气、统计参数通过硬接线或现场总线的方式进行数据传输。

智能MCC系统[1]对海上MCC所有回路节点及二次设备进行电气数据采集、统计数据分析、文件数据及维护信息更新，实现海上MCC的实时监控、故障预警、快速定位、设备信息及全生命周期管理。该系统采集和存储的相关数据量很大（对于单个海洋石油中心平台来说，总的信息采集点数高达10000个左右），而实际的智能马达保护器、多功能表等二次设备本身的通讯接口一般为现场总线，如DEVICENET[2]，PROFIBUS，MODBUS等[3]，都基于工业现场总线技术，有一定的带宽限制和节点数要求。同时，智能MCC系统需要进行存储、统计分析和趋势跟踪。如此大量的数据如全部进行统一处理，容易造成信息通道阻塞。

并且由于智能MCC系统不仅运行在海上油田的局域网中，更运行在陆地公网上，而海上油田网络与陆地公网是通过微波传输，受宽带限制，网络实时容量低，这对于智能MCC系统的海量数据管理，也提出了苛刻要求。

本文介绍一种数据分级分层的管理机制，保证智能MCC系统对于基础海量数据的稳定采集、传输、分析、调用，避免系统信息通道的阻塞，实现了海上智能MCC系统的稳定、可靠运行。

正文

一 海上智能MCC系统海量基础数据

为满足海上油气生产设施正常生产和运维需求，智能MCC系统应能通过上位机或者维护终端远程调节各从站设定值、特性曲线参数等。通过智能MCC系统完成的数据传递应包括回路电气实时参数，如电流电压功率等；相关设备的报警与预警信息，如过电流报警等；通过智能马达保护器完成的设备诊断信息，如缺相和堵转等；用于实时控制的模拟量数字化传输，如调速设备速度（频率）给定；以及用于控制和保护的非实时参数整定值下发，如对回路框架断路器、智能马达保护继电器报警值设定、死区值设定[4]等。具体如下：

（1） 通过上位机远程测量各回路、各设备的电量参数如下：

主进线电路：三相电流、三相电压（相电压/线电压）、有功功率、无功功率、有功电度、功率因数；

配电电路：三相电流、三相电压（相电压/线电压）

动力照明：三相电流

电动机回路：三相/一相电流、三相电压（相电压/线电压）、功率因数、有功功率；

补偿回路；三相电压（相电压/线电压）、功率因数（实际值/设定值）；

其他：电网频率、变压器档位，剩余电流。

（2）通过上位机或生产DCS（PCS）对各从站实现以下控制功能：

动力中心电路：控制开关的储能、合闸、分闸；

配电回路：控制开关的合闸、分闸；

电动机控制电路：电动机的启动、停车等操作；

补偿电路：能选择自动/手动补偿。手动方式下，远程可控制电容器、电抗器、APF的投切等；

有载调压变压器分接头位置远程控制。

（3）通过上位机提供系统的各种信息资源，包括：

动力中心电路：控制开关的储能、合闸、分闸；

配电回路：控制开关的合闸、分闸；

电能管理、成本分析和负荷分析等；

变压器分接头位置。

另外，智能MCC系统还需要完成与生产工艺直接相关的如调速装置频率、电动机负荷（电流、功率）等信号到DCS或生产控制系统的上传；以及对特定的设备进行自动控制，并满足控制的可靠性和足够响应时间要求。

为了完成设备的设备预警、智能诊断和快速故障定位，智能马达保护器本身提供的回路热过载、缺相、相间不平衡、过电流、堵转、起动超时、接地故障、频繁起动、电机PTC热保护、接地故障、欠载、相序颠倒、过电压、欠电压、功率、功率因素、平均电流、相间电流不平衡率、热容量、电机温升等[5]保护和测量的信息也需要按照实际设备情况采集并归纳到智能MCC系统中。

同时为实现对所有电气设备的全面管理，设备本身的电子化图纸、规格参数、设计参数、额定参数、操作记录、维修策略、检维修记录、运转时间和启动次数等信息也需要通过网络或信息化系统进行采集和管理。

二 海量数据分层分级管理机制设计

本系统制定如下数据分级分层管理原则：必要的实时数据和信息，称为实时数据，采用毫秒级进行采集和管控；需要动态更新但工艺决定不会发生瞬变的数据或只用来监视不参与控制的数据，称为类实时数据，按照秒级进行数据传输；平常不需要进行实时更新但需要和现场设备交互的数据，称为参数管理类数据，在需要时才进行传输和存储；统计分析类数据按照客户实际需要可进行调整。

通过分级分层管理可以大大提高网络利用效率和关键数据传输的可靠性，具体分类如下：

（1）实时数据

设备状态、脱扣状态、有功功率、无功功率、报警信息；

实时数据采样周期为ms级别。

（2）类实时数据

三相电流、平均电流、接地电流、过载电流、平均过载电流、三相电压、平均电压、频率、功率因素、电度；

脱扣数据记录、报警数据记录、热容量；

类实时数据更新时间为秒级。

（3）参数管理类数据

过载报警值、接地报警值、堵转报警值、欠载报警值、电流不平衡报警值、高/低电压报警值、高/低电流报警值；

过载复位时间、过载脱扣时间、接地脱扣值、堵转脱扣值、欠载脱扣值、电流不平衡脱扣值、高/低电压报警使能、高/低电流报警使能；

参数管理类数据在需要时候才进行传送。

（4）统计分析类数据

起停次数统计、能耗统计、脱扣统计、报警统计、有功/无功统计。

另外通用的管理数据或通过信息系统下发的管理信息统称管理类数据，如设备规格参数、操作记录、维修计划、电子资料文件等，通过信息层网络进行传输管理，不再经由现场数据总线。海量数据分层分级管理机制框图见图一所示。

三 海量数据分层分级管理机制应用

（1）实时数据采集及网络负荷率

本系统通过第三方机构赛宝对实时数据的采集时间和网络负荷率进行测试，以马达保护器的故障报警响应时间为例：

报警响应时间第一次测量结果：250ms；

报警响应时间第一次测量结果：250ms；

报警响应时间第一次测量结果：312ms；

报警响应时间第一次测量结果：63ms；

报警响应时间第一次测量结果：31ms；

报警响应时间第一次测量结果：31ms；

报警响应时间第一次测量结果：46ms；

报警响应时间第一次测量结果：46ms；

报警响应时间第一次测量结果：47ms；

报警响应时间第一次测量结果：74ms。

智能MCC系统网络负荷率为17.12KB/s～21.38KB/s。

（2）参数管理类数据的按用户需求进行交互

图二为海上MCC回路断路器电流整定值、散热时间及保护类型的交互界面，这些参数是参数管理类数据，按照用户需求进行交互。用户可以查看或更改该设备此类型参数。

（3） 其他管理类数据的传输、存储

海上油田智能MCC系统对于底层设备进行了台帐、设备检维修管理及电子资料管理等，这些设备的台帐、检维修信息通过数据库协议等进行信息的传输、存储，并且为了不影响数据库检索响应速度，智能MCC系统电子资料管理中的文件数据通过FTP协议进行传输、存储[6]。

图三为智能MCC系统软件设备电子资料模块的交互界面。

4 总结

海上油田智能MCC系统的海量数据管理机制的设计，梳理了智能MCC系统不同类型数据的采集、传输、存储机制及存储途径，并通过了现场应用与测试。该方法能够保证智能MCC系统在海上、陆地运行时的稳定、可靠性。

参考文献

[1]魏澈，王国朝. 海上IMCC系统设计综述[J]. 电子技术与软件工程，2014（15）：95-97.

[2] 佟为明，陈向阳，李风阁，吴S.DeviceNet现场总线技术[J].微处理机，2002（6）：1-3.

[3] 刘建昌，左云，钱晓龙，陈智锋，冯立. 现场总线概述[J].基础自动化，2000，7（6）：1-5.

[4]郭宏，于凯平. 电机控制中心综述[J].电气传动，2006（3）：8-10.

[5] Cleaveland Peter. Smart Motor Control Center has Built-in DeviceNet Communications， Software for Monitoring and Control[J]. I&CS Instrumentation & Control Systems，2000，73（3）：58-60.

[6] 王占军，王伟，赵志刚. 基于FTP协议的文件传输组件设计与实现[J]. 沈阳师范大学学报，2012（3）：375-377.

基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划，课题编号2012AA050216）资助