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长距离油气管道生产自动化数据模型 摘要：现如今，我国的国民经济在快速度的发展，社会在不断的进步，为了实现长距离油气管道生产自动化数据的统一接入、处理、存储及访问，使数据达到有效利用，参考国际管道开放数据标准（PipelineOpenDataStandard，PODS）和ArcGIS管道数据模型（ArcGISPipelineDataModel，APDM），结合电力行业系列国际标准IEC61970和IEC61850，建立了面向对象的油气管道生产自动化数据模型（PipelineAutomaticDataModel，PADM）。该模型由标准管道生产自动化数据模型数据结构（PADMDataStructure，PDS）和管道生产自动化数据模型组件接口规范（PADMInterfaceSpecification，PIS）两部分组成，系统介绍了该模型的建模方法、建模原则以及各组成部分的模型架构等。利用该模型设计创建了物理数据库，并导入中国石油西部管道公司鄯兰原油管道、乌兰成品油管道、阿独原油管道所有站场的生产自动化数据，进行模型正确性和完备性验证。结果表明：该模型能够正确且完整地存储接入管道站场的所有生产自动化数据，并针对其他同类型的管道站场具有扩展性。该数据模型能够满足长距离油气管道生产自动化各业务领域应用之间的互操作性，提高了信息传递的效率。 关键词：油气管道；生产自动化；数据模型；面向对象 引言 经济的飞速发展、社会的不断进步需要能源支撑，油气资源已经成为当今世界能源供应的主要来源，而管道工程铺设则是油气资源运输的主要方式。当管道口径超过273毫米，输送距离超过100千米时，可将其划分为长距离油气管道工程，是我国西部能源送至东部、缓解资源压力采取的重要手段之一。工程规模庞大、投资金额巨大、人力物力投入大，因此，在其建设前应进行系统的经济评价分析与研究，评价其风险抵抗能力，为决策方案提出有利建议。 1PADM模型 1.1建模原则 作为一个边界清楚、语义清晰、语法描述一致的健壮信息模型，需考虑数据组织的质量、性能等非功能性要求，如可用性、可靠性、可扩展性、完整性及安全性等。（1）完整性：从模型结构角度看，信息模型的完整性必然要求模型具有范畴边界清晰、体系授权明确、命名规则一致、图库时空一致及通讯规则映射一致等特征。从信息组织角度看，模型的建设应该具备模型统一化与设计组件化的特征，模型统一化是指油气管道静态信息的一致性、动态信息的一致性以及信息表述方式的一致性，在达到正确信息共享的同时，减少维护工作量；设计组件化是指通过应用统一的油气行业标准信息化模型，使各个系统的数据结构高度组件化，便于系统间的模型互操作。从模型应用角度看，模型的建设必须满足各个应用环节一致性和正确性的要求，达到易用性的效果，能够方便地通过信息模型的建设对油气行业信息化的建设、设计、施工、安全运行、维护及验收起到指导作用。（2）可用性：信息模型是否可用直接决定着模型的生命力，一个好的信息模型在设计、施工及运维环节应该具备高易用性、高易记性、高交互性、低出错率、高效率的特点，无论是模型的实现者、维护者或用户都应该获取高度的满意度。（3）可靠性：信息模型是否可靠，需从模型的时效与操作环境进行保障，保证模型正确、完整、一致及健壮，另外信息模型需要具备自我描述与自愈的特点。（4）安全性：信息模型必需从安全服务（鉴别服务安全、访问控制安全、数据完整性、数据保密性及数据抗抵赖性）与安全机制2方面保证模型的安全性建设。（5）可扩展性：信息模型必需具备柔性、继承性、可成长性及可复用性的特点，模型的建设需要依据面向对象的思想，从面向对象的封装、继承及多态3个基本特性去构建信息模型，才能真正具备可扩展性。（6）可追溯性：信息模型不仅要能够将空间维度的信息进行组织、处理，也应该能够实现时间维度的组织。空间维度的组织能够看出所有研究对象的当前状态，时间维度的组织能够通过过程回演分析所研究对象的发展态势，并根据时空分析结果对业务的发展决策起到支撑作用。（7）开放性：作为信息模型，不仅需要在模型内部对所研究对象进行信息组织，还需要具备通过各种异构设备进行数据交换及传输的能力。在模型内部，需要从包含关系、继承关系、拓扑关系等角度组织信息；而在模型外部，通过开放关键接口，信息系统可以基于一致的通信机制发布接口并访问共享资源，从而向不同用户提供一致性的异构硬件和软件。 1.2建模方法 与通用信息模型类似，PADM的基本结构包括对象、对象视图、对象关系。对信息模型的构建，可以采用以下步骤：①功能分解，主要目的是理解各功能组件间的逻辑关系，并使用描述功能和功能接口的逻辑节点表示；②梳理业务数据流，理解各功能模块的通信接口，通信接口支持各功能组件间的信息交换；③信息建模，定义信息交换的抽象语法和语义，并用对象类与类型、属性、抽象对象方法（服务）及其关系表示。 1.3PDS模型架构 PDS模型架构包含一级主题包、二级主题包、类与类的关系3个层次，每个主题包有相应的管道生产自动化业务领域范畴，每个类有自己的属性和行为，各类主题包的划分与油气管道生产自动化等具体业务紧密相关。主题包之间通过类与类的相互作用形成依赖关系，类与类通过属性形成泛化、聚合、组合以及依赖等各种关系。主题包可以用类似化学“元素周期表”的形式表示，“元素周期表”根据生产自动化数据相关的实际业务筛选、分类，划分为设备、量测、拓扑、SCADA、安全、资产、人员等一级主题包，其可根据业务需求的变化进行更新和扩展。对于每个一级主题包，按照输油气管道企业的具体业务进一步划分，形成二级主题包，最终形成PDS元素的一个集合。PDS在集合的基础上对生产自动化数据共享交换的需求进行梳理、分析，结合业务需求，对集合所包含的基本类进行直接引用、继承及相关扩展，形成符合油气管道生产自动化业务需求的数据模型。 2模型验证 选取西部管道公司鄯兰原油管道、乌兰成品油管道、阿独原油管道所有27个站场共计52061条生产自动化测点数据，参照PADM模型进行数据导入验证工作。验证工作通过以下3步完成：①根据PDS模型建立数据库物理模型，即数据库表和视图的相关字段、主外键关系等；②开发符合PIS规范的数据导入程序自动匹配站场自动化测点数据进行入库工作；③根据数据导入情况进行手工调整。程序一次性正确导入46335条测点数据，约占总数的89％，经过手工调整后，所有数据全部完成入库工作。程序无法一次性导入全部测点数据的原因在于数据本身缺少命名和编号规范，对于自动化分词及入库均存在一定的难度。可以参照PDS模型，对不规范测点数据进行手工调整，达到程序一次性全部入库的目的。 结语 针对油气管道生产自动化数据的特点，参考国际、国内行业内外相关标准，建立PADM模型，并使用现场数据进行了验证。结果表明：PADM模型是一种适用于油气管道生产自动化数据存储和访问的逻辑模型，在此基础上建立的数据库物理模型能够正确且完整地存储油气管道站场的所有生产自动化数据。由于该模型是面向对象的，因此对其他类型的管道站场应用具有扩展性。该模型的提出解决了油气管道生产自动化数据的存储和访问问题，可应用于站场能耗分析、阴保在线监控等与管道生产自动化数据相关的各业务领域，打破了各业务数据访问的壁垒，具有开创性意义。 参考文献: [1]史建峰，王晓霖，帅健，等.长输管道完整性数据模型及其建立[J].油气储运，2015，34（4）：362-367. [2]周利剑，李振宇.管道完整性数据技术发展现状与展望[J].油气储运，2016，35（7）：691-697. 本文来源：https://www.dywdw.cn/7c0f799bad45b307e87101f69e3143323868f570.html
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2022-03-29
