边缘计算和人工智能在油气领域的应用

2019-10-25

边缘计算涉及范围很广,IT、CT、OT目前都已经有应用。在工业领域,边缘计算的作用至关重要,同时其应用场景也极其丰富。制造、化工、油气、轨交等各行各业都有边缘计算发挥作用的场景。寄云科技边缘计算解决方案已经广泛应用在钻井工程、油气生产等环节,帮助企业实现了人力、投入成本的大幅降低,延长了设备正常运转周期,实现了效率和产量的双提升。

开启工业“云、边、端”新时代

边缘计算的产生解决了“云计算”资源过度集中、时延等短板,实现了“云、边缘、端”的资源和任务的合理分配。对于工业来说,传感器、物联网、机器学习等相关技术与产品的发展和普及,是边缘计算在这个领域成为可能的重要基础。这些技术允许通过自动化处理更多任务。智能边缘计算的功能与工业自动化需求完美匹配。

工业自动化涉及制造、化工、能源等生产过程中使用的过程控制,以及相关质量或安全阈值的监测,同时,工业生产过程还是重复性很强的任务,所以精确的自动化过程可以提供有关质量阈值、缺陷检测和一般系统异常检测的准确反馈,从而为企业提供更经济、一致和安全的决策依据。

随着自动化功能的发展,可以由自动化系统管理的方案变得越来越先进。由于工业生产过程相关输入的复杂性和多样性,越来越多的以前只能由人的操控来完成知识和决策,现在通过基于大数据、人工智能等技术的监视和控制方案即可完成,实现了对这些知识和决策的提取和软件化。

这些更加先进的自动化监测和控制方案仅仅依靠云计算是无法实现的,云端的时延是近实时要求的工业自动化所不能容忍的。边缘计算的产生弥补了云计算的这个缺憾,它在数据源近端采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,提供最近端服务且应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足工业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间,或处于物理实体的顶端,而云端计算,仍然可以访问边缘计算的历史数据。

油气场站一体化智能运维案例

抽油机井等石油和天然气关键基础设施,关系到油气田的产量和质量。对其进行安全监测一直是油田生产单位的重要工作。某油田持续提升数字化建设,通过温度、湿度、压力传感器等物联网设备,以及IP摄像头和其他技术,对生产过程进行实时监测并获取大量的数据,以便对抽油机等设备健康状况进行观察。

这些措施在一定程度上解决了某油田远程监测、数据采集的需求,在此基础上,该油田希望借助边缘计算增强对设备健康的分析、预测以及实时的反馈操控。因为边缘计算允许实时地分析、处理数据,然后将数据传送给最终用户,允许控制中心在数据产生时访问数据,以便在故障发生之前预测并预防它们。

寄云科技为其提供基于边缘计算技术的油气场站一体化智能运维方案,涵盖寄云NeuSeer Edge工业物联网网关、NeuSeer Edge边缘计算一体机,以及NeuSeer IoT物联网平台等产品,实现抽油机井、井口设备、管汇设备、分离设备的统一数据采集和实时监控,提供丰富的告警策略,支持根据故障模式为维护人员提供包括故障诊断、处理建议在内的动态策略。

同时,方案提供的油气生产实时工况诊断和预测服务,针对包括抽油机井杆柱脱落、上下碰泵、气锁、供液不足等数十种异常工况,提供基于机器学习的自动工况分类,以及基于专家标注和人工智能分析的实时工况诊断和预测,显著提升了该油田的设备正常运转时间,降低了恶性故障的发生频率,助力油气产量和质量的提升。

石油工程装备预测性维修案例

化工企业往往工艺复杂,开停车异常排放较多,加上清污分流不彻底,污水处理站处理效率不高,导致环保压力巨大。

利用工业互联网技术,可以实时采集各种气体和废水排放数据,构建关键指标的监控,并且结合实时的工艺参数,通过精细的数据分析,寻找环保指标和产能指标的最优组合,在保证环保指标的前提下,降低企业的运营成本。

需求预测

钻井平台是石油工程领域的重要装备,如何借助边缘计算监测方案,把钻井平台数据收集起来统一实时分析,降低设备故障率、提升钻井效率至关重要。寄云科技为某石油装备企业提供的预测性维护方案,提供石油装备物联网数据采集、实时监控、告警、故障诊断、性能预测、专家知识库等一系列预测性维护解决方案。

同时,方案还为客户提供钻完井实时监控和优化等服务,服务基于实时物联网数据和钻完井日志,基于规则和人工智能,构建起实时的钻完井状态识别,实现精准的钻完井工况识别和预测。

方案不仅帮助客户构建了基于设备实时数据实现预测性维修的完整方案,同时还提供了故障知识库帮助客户提高故障诊断效率,实现运维经验的沉淀。同时,通过移动端,能够帮助运营人员随时随地了解设备的健康状态,并能够通过远程专家的指导,对异常做出及时处理。

寄云NeuSeer边缘计算解决方案
1.无缝对接工业设备实时数据

通过MQTT对接寄云工业数据采集网关实现PLC的数据读取,通过OPC Client实现DCS数据的提取;

2.提供设备元数据管理

提供层次化的设备模板、数据点模板的配置和实例化,支持快速的点表配置的批量导入和导出;本地的设备数据结构,支持被NeuSeer工业互联网平台统一管理,实现多台边缘计算网关的统一管理和配置。

3.提供高性能的存储和查询

提供每秒数万条记录的写入性能、毫秒级的查询性能,以及多达1TB的海量存储,足以满足大型装备长达数年的存储和查询需求。

4.支持运行云端开发的动态应用和模型

寄云边缘计算网关提供了RESTFul API接口,支持第三方业务系统通过API访问寄云边缘计算网关采集和组织的数据,为不同的应用提供统一的数据模型。

5.支持第三方系统通过API访问

寄云NeuSeer Edge边缘计算网关是一个开放的容器运行框架,同寄云NeuSeer工业互联网平台实现了高度的集成,支持通过NeuSeer Stack实现应用和模型的开发、测试、编译和打包成Docker Image,下载到NeuSeer Edge上执行。

同时,应用或者模型运行过程中的动态数据参数,如MQTT的Topic地址都无需重新配置,而是跟本地的应用实现动态的绑定。

目前,寄云科技已经在NeuSeer Edge边缘计算网关上运行了包括实时监控、设备运维、故障诊断和管理等类型的应用,并已经实现云端开发的模型和本地数据流直接对接并产生以及智能的判决。

6.安全访问

寄云NeuSeer Edge边缘计算网关提供了包括访问控制列表、黑白名单、基于角色的用户管理等安全管控机制,实现对工业设备的全方位防护。

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