实际应用来了！边缘控制器融合IT/OT技术实现油气行业的自动化远程运营
图 1 ：当使用边缘控制器融合 IT/OT 技术实现自动化时，可以更好地远程操作位于偏远地方的油气资产。本文图片来源 ：艾默生
作者：Denka Wangdi， Darrell Halterman
由于全球性突发事件的影响，造成油气行业上游和中游的业务变化，IT/OT 技术的融合和数字化将帮助用户渡过难关，以适应新形式下的需求。
随着新冠疫情和其他全球性事件的影响， 许多公司都在密切关注如何最好地优化资产运营和维护。油气需求的减少导致上游油井作业、中游管线和储存设施以及下游炼油厂大幅减产。问题是，这一情况并不会在短期内得到改善。
中游和上游行业的特点是通常需要远程操作，为应对这一挑战就需要配备相关的后勤保障。理想情况下，位于中心的用户将能够有效地操作和维护这些偏远地方的资 产，这可以节省工人的差旅费用并提高安全性， 但传统的自动化平台使这种可能性受限。
当用户开始数字化转型之旅，并将工业物联网 (IIoT) 设备和方法融入运营中，就会找到解决方案。将最新的 IT 功能与传统地运营技术（OT）自动化融合在一起，提供了在经济、 社会和环境等方面的优势。以下是如何将重点转向更多的远程访问本地自动化系统，从而将这些优势变成可能的讨论。
可衡量的改进
任何业务都是由整个价值链中的各种要 素决定的。为了确定改进业务的优先次序和量 化努力，有必要制定相关问题的关键绩效指标， 例如 ：经济、社会和环境。
最基本的要求是，生产者希望优化运营， 从而增加利润。这就需要来自现场设备和业务 部门的全面数据，然后对这些数据进行分析， 以确定当前的状况，诊断问题并提升运营的洞 察力。只有掌握了正确的信息，用户才能采取 行动来提高效率并优化运营，最终给用户带来 诸多好处。
高效率的生产者可以向终端用户消费者 提供优质产品，并节省成本。更好的操作方法 可以使操作和维护工人更安全、更轻松地完成 任务，特别是在那些需要保护的场所，使工人 能够更有效地工作。考虑到新冠疫情的影响， 这一目标尤为重要。这提供了在降低成本的同 时改善工人生活方式从而实现社会效益的一个 示范。
从环境的角度来讲，密切监测和优化上游 和中游处理过程，以确定和解决任何环境问题 是必要的。在某些情况下，这可能需要增加传 感器和其他设备，不仅仅是严格意义上的控制所需。防止环境事故的发生可以避免因不合规 而受到惩罚。行业机构现在正在对运营商执行 严格的要求，以满足更低的排放。然而，要获 得创建这些关键绩效指标所需的源数据，通常 需要进行技术改造。
改变是必需的
过去，许多上游和中游的自动化项目都依赖本地仪器和控制设备，而远程连接能力有限。当前需要显著地改变运营的优先级已经揭示出这样一个事实，即远程资产必须与监督控制和更高级别的分析系统进行更大程度的集成，才能在所有条件下实现安全和最佳的运营。
将 IT 类型的监督和分析系统与典型的 OT 数字资产融合在一起已经是可能的，但并不容易实现。可靠并及时地传输正确的数据往往需 要大量的配置工作和昂贵的通信方案。
一种新型的工业边缘控制器已经出现，这种控制器特别着重于将 IT 和 OT 技术的融合 （见图 2）。这种边缘计算技术使得传统的可编程逻辑控制器 (PLC) 的实时确定性控制功能与 Linux 操作系统所实现的现代通用计算功能相 结合成为可能。
▎图 2 ：一种新型的工业边缘技术控制系统，如这种艾默生边缘控制器，是融合 IT 和 OT 自动化和数据处理所需的关键平台。
这种边缘控制器平台对于促进石油和天然气行业内 IT 类型分析与 OT 类型可扩展工业系统的集成至关重要。边缘控制器通过帮助最终用户以最高效率操作设备，为他们提供新的远程访问选项，并提供更好的环境状况监控从而促进了用户的数字化转型。
数据、分析和可扩展性
数字化转型需要数据，这些数据通常来自于操作 " 边缘（靠近现场）" 的现场位置。这些数据必须通过在边缘、现场、云端或在这些位置组合起来进行分析。分析的结果和产生的洞察力可以由控制系统自动使用，或由操作员审查后使用，以改善运营。
为了实现这一目标，需要一个从边缘到云的可扩展解决方案。边缘控制器通过提供这些领域所需的功能填补了这一角色 ：
1
数据
必要的数据可以在现场获得，但 这些数据往往被困在边缘。而边缘控制器可 以轻松地访问硬接线输入 / 输出，以及使用 HART、OPC UA 和 PROFINET 等标准工业协 议提供的网络数据。
2
边缘计算
然而，采集到的海量数据往 往不容易在无需花费和在没有延迟的情况下批 量传输到更高级别的系统。边缘计算可以对这 些数据进行预处理，因此只需要传输提炼后的 结果。
3
云计算
基于云的 IT 解决方案可用于更 广泛的分析和远程可视性，但需要能够方便地 连接到云的能力，以便在正确的时间提供正确 的数据。边缘控制器可以通过使用诸如 MQTT 等协议对云通信进了优化，OPC UA 协议也可扮演这一角色。
4
预测分析
无论是在边缘、云端还是这 两者的组合进行分析，对用户来说都是必要的， 这解开了用户对运营的了解并获得了改进的洞 察力。
5
闭环
边缘控制器可以通过用户的操 作、边缘分析或基于云的分析来调整参数和操 作，以提高效率或生产规划的需求。这构成了 一个“看到、思考、优化、行动”的一个闭环。
这些任务中的每一项都是可以实现的，但使用传统的自动化方法实施起来相对困难。边缘控制器为执行这些任务提供了更全面的解决方案，大部分的工作都在一个整合的硬件平台上进行。石油和天然气设施是边缘控制应用的特别好的候选对象，这是因为这个行业需要采 集的数据量很大，而许多资产都位于偏远的位 置，即使是微小的操作改进也可能带来潜在的 巨大收益。
上游 / 中游需要考量的因素
石油和天然气行业经历了许多繁荣和萧条的周期，预计这种趋势将继续下去。对此， 通过融合 IT/OT 技术实现的自动化、远程访问和详细监控等方面能够更好地协调资产运营， 将使用户能够在油井生产和管线传输中管理生 产成本。新项目可以采用这种技术，但同样重 要的是，用户现有的系统可以很容易地升级到 这种具有边缘计算能力的系统（见图 3）。
▎图 3 ：边缘控制器很容易被用于升级改造到现有的控制系统中，以增加 IIoT 功能，因为它们可以处理实时控制、具有多种通信协议，并提供 IT 类型的计算和网络功能。
井口自动化的进步可以提高油井的生产率，但前提是要保持正常运行。因此，这种类型的自动化应该伴随着提高可用性、增强通信能力和更好的诊断的设计。边缘控制器通过提供冗余的处理器和网络协议精确地满足了上述 功能。
类似的高效的自动化也适用于油气行业 的其他工艺，如水力压裂、分离、处理、运输 和储存。这些要素生产率的提高，证明了升级 部分操作的合理性，例如将卡车运输线过渡到 管线。随着管线公司升级现有资产或建立新系 统，边缘控制器使他们能够实现更好的数据访 问和改善所有部门之间的协调。这包括轻松地 增加环境监测点，这些监测点很重要，但与控 制无关。
边缘控制器包括油气行业所需的特殊功 能，例如本地 AGA（美国天然气协会计算标准） 计算，使用户更容易确定产品等级、质量和流 量。它们支持所有流行的通常在现场能够找到 的工业协议，这意味着边缘控制器很容易与上 游和中游系统集成。
另一个需要考虑的因素是自动化可以在 用户有需要时帮助减少产量或提高产量。例如， 在运营放缓期间，如果产量不能慢到足以维持 可接受的速度，则可能不得不关闭或 " 封住 " 一口井。封井是一种严重的措施，将来重新开 井可能会很昂贵。如果运营商能够有效地减缓生产速度，避免封井，同时降低固定成本，他 们就能够让更多的油井继续使用，即使是那些 低生产率的油井。
融合产生灵活性
目前，全球各行业都面临着意想不到的运 营挑战。虽然还有一些制造业可能会加班加点， 但许多油气上游、中游和下游业务都在为如何 减缓生产和安全部署人员而苦恼。
对于石油和天然气行业来说，制定经济、 社会和环境目标是推动这些领域进步的一种方 式，但要克服生产和质量控制方面的挑战，这 就需要提高自动化水平。
转向基于边缘控制平台的融合 IT/OT 方 法是实现所有这些目标的一种方式。边缘控制 保留了石油和天然气过程所需的强大自动化控 制，并增加了实现冗余的能力。轻松访问数 据和远程连接，支持在现场、云端或两者兼而 有之的进行分析 -- 使维护团队能够快速响应， 甚至在某些情况下具有主动响应的能力。运营 部门可以利用这些数据对生产进行精细调节， 并优化整个系统的运营。
边缘控制器和 IIoT 技术利用 IT/OT 融合 提供的技术步骤变化，帮助熟练的工人得以提 高到更高的效率，并支持企业进行数字化转型 之旅。