控制测试的程序包括,?

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本文图片来源:Opto 22

作者 | Josh Eastburn

石油天然气行业的原始设备制造商(OEM)通过使用边缘计算实现集成数据和控制,维护钻井设施的安全性和完整性。

对许多石油和天然气行业的用户来说,每隔几周就需要对防喷器和井控设备进行一次静水压测试,以验证和维护钻井设施的安全性和完整性。这些测试的执行和记录,通常是手动执行的,需要数小时才能完成。

Engenuity 公司为多个行业提供控制自动化和数据集成解决方案,主要专注于石油和天然气行业的先进技术。根据该公司的说法,在海上钻井应用中操作相关阀门阵列的成本可能高达每秒6 美元。每年的测试, 可能会花费用户数百万美元。

在与壳牌国际勘探与生产公司及其它公司合作后, Engenuity 公司开发了一套全自动测试执行和报告产品。自动测试执行和报告,将精确的过程控制、自动文本和电子邮件通知以及过程历史数据存储和复制功能,整合到一个使用边缘可编程工业控制器(EPIC) 的解决方案中。

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本文图片来源:Opto 22

压力比较和分析

使用测试软件,用户可以绘制阀门阵列,并确定系统中每个组件的验证压力极限。这将使系统达到设计压力,同时精确测量注入的流体,并使用获得专利的恒压/ 变体积泵送方法,将测量结果与验证标准进行客观比较。

有了可改装的执行机构,测试管理器可以通过多达30 个测试序列,监控多达70 个阀门。视觉读数使用声学泄漏检测系统,精确定位大型歧管系统中的泄漏位置。收集到的数据可以在测试之间映射,并进行比较和可靠性计算,还可用于生成PDF 格式的数据报告。

该公司的BOPX 测试软件可提供复杂的建模、分析和演示功能。多年来,虽然增加了许多功能,但Engenuity 的控制工程师Ted Royer 说,“所有的测试软件都基于EPIC 上。现在,BOPX 只是一个界面。”

网络安全:制造DMZ和可信网络

在测试执行中,软件的主要作用是通过MODBUS/ TCP 连接,向边缘控制器发送配置数据。“我们可以做其它事情,但需要一种方式来显示数据所处的位置, 以满足客户的需求。” Royer 说。

Engenuity 公司发现客户希望使用传统协议,这样他们就可以验证配置参数是否正确传输,而不会遇到太多麻烦。

然而,不安全的Modbus 连接可能会对运营造成风险, 因此Engenuity 使用可配置的防火墙,来保护关键控制数据。将控制器的两个网络端口之一配置为只读接口,将其连接到名为制造隔离区(DMZ)的不受信任网络。

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Engenuity 采用Opto 22 的GroovEPIC 来控制测试过程,生成报警通知,使用Node -RED 执行数据库事务, 通过MariaDB 存储和复制数据,并将可信(蓝色)和不可信的网络流量(红色)隔离。

另一个网络端口,则连接到一个单独的、可信任的网络,被称为制造区,所有输入/ 输出(I/O)和控制通信都在该区域内进行。控制器防止在其两个端口之间的路由通讯,因此不存在不受信任的连接,篡改受信任网络上额配置、执行或处理历史数据的风险。

过程控制和报警通知

在配置数据安全传输后,边缘控制的实时控制引擎就开始执行测试场景。通常情况下,自动阀组和连接直接集成到本地I/O 模块中,但如果需要大量高速处理(通常在3 到4 毫秒范围内),公司将使用单独的边缘控制器作为远程I/O。在这种情况下,远程EPIC 独立处理控制并向主边缘控制器报告。

随着测试的推进,主控制器可以监控该过程。“经过几十年,我们开发了一个非常完善的报警系统。”Royer 说,它在控制器中而不是在HMI 中运行,因此其它系统也可以使用。这包括外部邮件和消息服务,控制程序会联系这些服务,以针对各种情况生成通知。

过程历史数据存储

主控制器还将测试期间生成的任何过程数据,存储到内部数据库服务器。Engenuity 利用边缘控制器操作系统的安全外壳接口,使用供应商提供的加密签名软件包,下载并安装此开源软件。签名应用可以防止恶意软件冒充合法软件。

为了将数据从控制引擎传输到数据库,Engenuity 使用了一个开源物联网(IoT)引擎,该引擎由供应商预先安装在边缘控制器上。它提供了数以千计的功能, 用于连接和处理来自不同来源的数据,包括设备、数据库和Web 服务。Engenuity 将引擎配置为监视I/O、过程变量和事件,然后将这些数据点传输到内部数据库服务器。

数据完整性和可用性

由于测试数据用于验证用户系统的安全性和有效性, 因此客户需要频繁访问过程历史数据,并且通常需要额外的保护以确保数据完整性。这是通过数据库的内置复制功能完成的。

“通常情况下,在石油钻井平台上,客户只能通过Wi-Fi连接到设备,这不是特别可靠,他们希望能够登录并查看以前的运行数据。”Royer说,“有时他们希望将大量记录,甚至整个工作数据,拷贝到微软的Excel电子表格中……但它不必是实时的,因此我们在办公室中设置了另一个控制器,作为现场控制器的副本。”

岸上副本控制器中的数据库服务器,定期向离岸主控制器请求数据复制。作为响应,主数据库服务器向副本控制器发送一个事务日志,用于更新自身。客户可以连接到副本控制器,为其提供数据冗余和高可用性,而不是给主控制器增加大量数据请求负担。Royer说,“我们(在办公室)有充足的带宽,因此,这样就可以两者兼顾。”

在远距离范围内的网络之间,传输敏感数据会带来安全问题。为了促进与主边缘控制器的安全数据交换,Engenuity通过点对点虚拟专用网络(VPN)连接,将副本控制器连接到离岸制造区网络,并向客户授予此专用网络的只读凭据。Royer说,为了使装置尽可能简单、可靠,公司办公室的每个副本控制器,都通过单独的专用VPN设备与外部连接。

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在他们的办公室里,Engenuity 使用一个复制的Groov Epic 和MariaDB 服务器来存储复制的测试数据, 并将其传输到云存储以进行全球分发。

如果希望将过程数据分发到一个站点之外,客户可以使用嵌入式连接软件,向副本控制器添加云注入功能。该平台的模块化架构,允许Engenuity 安装一系列组件,这些组件允许控制器将OPC 标签数据直接发送到云服务。在那里,客户可以访问世界各地的测试数据。

采用边缘控制的好处

对于许多客户来说,为了符合法规要求需要经常进行测试,每小时的停机成本在15000 美元到20000 美元之间。测试软件必须可以快速可靠地执行,以实现其价值。

根据装置的规模和运营情况,Engenuity的BOPX测试系统可以通过一个完全集成的系统为每次完整的测试节省10-20个小时。凭借高更长的正常运行时间和更高效的自动化测试,该公司的客户可以减少现场工作人员的数量,而且更容易适应远程操作。

“一个完整的控制系统,可以告诉你哪里出了问题,这会带来很多好处。”Royer说,“我会在午夜时收到一个来自控制器的文本。在客户给我打电话的时候,我已经登录到系统……我可以准确地告诉他们问题出在哪里,而且,通常是一些简单的问题。”

对于传统的PLC,Engenuity的解决方案需要IT部门的持续支持,但采用了边缘控制器,他们能够自行管理整个解决方案。

“很多用户没有空间来安装服务器机架,这些空间是处在危险区域中的非机密地区,它们被设计为半满而通常是全满的,所以现在你要用那些安装在NEMA 4箱内,可以布置在外面的东西来替换……我们的EPIC上有9个服务器,我们甚至没有占用1英尺的空间。”Royer说。

通过边缘控制,Engenuity消除了复杂的多产品集成需求,并提供无缝运营和即时数据访问。Engenuity的总裁Jeff Hilpert 表示:“在单个背板上集成数据和控制,对于大幅降低成本、改善正常运行时间、访问数据和扩大利用率至关重要。”

关键概念:

■ 边缘控制可以为用户提供无缝运营和更好的数据访问。

■ 石油和天然气公司依赖恒定的数据流, 以避免因设备损坏和故障而停机。

■ 通过点对点虚拟专用网络有助于维护安全。

思考一下:

边缘控制可以为贵公司带来哪些好处?

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