MQTT 協議在石油行業數據採集中的應用

MQTT 協議概述

MQTT 是用於物聯網的標準消息傳遞協議。它被設計爲一種很是輕量級的發佈/訂閱消息傳送，很是適合以較小的代碼佔用量和網絡帶寬鏈接遠程設備。MQTT 協議具備如下特色：

• 輕巧高效：MQTT 客戶端很是小，須要設備資源少。MQTT 消息頭很小，能夠優化網絡帶寬。
• 雙向通信：MQTT 容許設備到雲之間以及雲到設備之間的消息傳遞。
• 可靠的消息傳遞：MQTT 具備 3 種定義的服務質量級別：0-最多一次，1-至少一次，2-剛好一次，可根據業務場景保證消息傳遞的可靠性。
• 支持不可靠網絡：許多物聯網設備經過不可靠的蜂窩網絡進行鏈接。MQTT 對持久性會話的支持減小了將客戶端與代理從新鏈接的時間。
• 安全：MQTT 使您能夠輕鬆地使用 TLS 加密消息並使用現代身份驗證協議（例如OAuth）對客戶端進行身份驗證。

現在，MQTT 被普遍應用於汽車、製造業、電信、石油和自然氣等行業。

本系列文章將詳細解讀 MQTT 協議在各行業實際應用場景中是如何發揮做用的。

石油行業中的物聯網業務

隨着物聯網技術迅猛發展，新型信息傳感設備以及各種有線、無線網絡技術在石油勘探、生產與儲運環境中逐漸普及使用。石油石化企業但願利用物聯網技術實現對油田終端設備的遠程管理，優化物聯網數據存管用的效率、安全性和可擴展性。

在石油生產與運輸儲存場景中，經過工業邊緣網關將傳統工業總線協議與 PLC 協議轉化成物聯網 MQTT 協議，將現場實時數據傳遞到數據中心，以實現對現場數據遠程採集與集中化管理，是目前石油石化企業生產監控技術改造的重點方向之一。

傳統石油生產數據採集場景痛點

傳統採油廠經過現場專用無線或者有線網絡，將油井中的油壓、油溫、載荷、電量等數據實時傳送到 RTU 或者 PLC 中，再經過本地 SCADA 系統進行匯聚後存儲在生產做業區或者聯合站的控制室內的數據庫。廠區中心機房須要按期從場站控制機房的數據庫中同步數據，實現對多個做業區的數據匯聚。

隨着企業對實時數據消費需求愈來愈高，對邊緣數據庫的訪問頻率要求也隨之增長，在實際運行過程當中逐漸暴露出如下問題：

• 場站數據採集與數據存儲軟硬件老化，更新成本高；

• 隨着採集數據量不斷增長，總體性能開始沒法知足日益增加的數據需求；

• 廠區沒法獲得實時數據，對場站的實時管理監控能力不足；

• 現場技術維護人員工做強度大，人工成本高。

基於 MQTT 協議的石油生產數據採集方案

得益於網絡技術在石油行業中的普及，油田做業區與廠區之間已基本實現了網絡聯通，爲物聯網技術的引入提供了基礎網絡條件。各種生產數據也得以經過 MQTT 協議得到採集匯聚與進一步處理，充分發揮其價值。

以 EMQ 雲邊數據採集方案爲例：

各種工業協議轉換爲 MQTT 實現統一接入

在場站端，經過工業數據採集網關軟件 Neuron 將現場採用 Modbus-RTU、Modbus-TCP 協議的儀表數據轉換成高可靠輕量化的 MQTT 協議，再將實時數據經過專網將 MQTT 協議推送到廠區中心機房的數據接入平臺 EMQ X。

對數據進行過濾處理並推送

部分冗餘數據或者其餘系統數據，能夠經過部署在場站端的輕量化數據處理軟件 eKuiper 將數據進行過濾處理，將有意義的數據推送到廠區中心機房的數據接入平臺 EMQ X。

採集數據實時移動至數據庫以供業務應用

廠區中心機房的數據接入平臺 EMQ X 將實時數據統一接入後存儲到中心機房的數據庫中，各類業務應用能夠對接數據庫拉取相關業務數據。

經過 MQTT 協議實時推送告警信息

生產設備報警、場站門禁報警等須要實時處理的數據能夠由數據接入平臺 EMQ X 經過 MQTT 協議推送到報警處理業務系統中，實現實時數據快速處理。

使用 MQTT 協議進行設備實時監控

廠區數據中心平臺也能夠經過 MQTT 消息實現對現場設備的遠程控制與管理。

MQTT 協議帶來了什麼？

提升業務實時性

MQTT 協議具備輕量化、高可靠 QoS 等特性，能夠將大量生產做業區的設備以及系統數據實時上報到廠區數據中心，使業務實時性大大提升。

下降軟硬件成本

MQTT 的輕量化設計使客戶端到服務端的硬件需求大大下降。在 EMQ 雲邊數據採集方案中，在廠區中心機房的高可用 MQTT 消息服務器 EMQ X 以及在生產作業務使用的輕量級邊緣工業網關 Neuron 代替了場站側昂貴的 SCADA 系統與數據採集存儲服務器，使總體軟硬件成本下降超過 50%。

節省人力成本

因爲採用了輕前端、重後端的架構，現場設備數量與複雜度大大下降，現場運維負載度與人員成本可下降超過 70% 以上。

經過基於 MQTT 協議的數據採集架構，廠區數據中心能夠得到各種現場實時數據，從而經過這些高質量的業務數據進行遠程設備操做、井筒放置位置優化分析、監測做業環境控制排放、遠程輔助檢修等新業務應用，實現石油企業降本增效與業務創新。

版權聲明： 本文爲 EMQ 原創，轉載請註明出處。

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