1 范围
本文件规定了海洋平台远程运维系统的系统架构、系统功能、系统性能、系统安全、系统部署要求和系统测试与交付。
本文件适用于海洋平台远程运维系统的设计、部署和运维
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 33863.8—2017 OPC统一架构 第8部分:数据访问
GB/T 42136—2022 智能制造 远程运维系统通用要求
GB/T 43208.1—2023 信息技术服务 智能运维 第1部分:通用要求
中国船级社 智能船舶规范
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 海洋平台 offshore unit
用于海洋资源勘探、开发、生产、储存、装卸、运输等工程作业的各类海上结构物与船舶装置。
注:包括但不限于导管架固定平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船、风电安装平台、半潜式生产平台、浮式生产储卸油装置(FPSO)。
3.2 船端运维系统 ship side operation and maintenance system
部署在海洋平台上,具备数据采集、数据预处理、状态显示、预警报警、故障分析及维护管理等功能的系统。
3.3 岸端运维系统 shore side operation and maintenance system
部署在岸上,具备对来自海洋平台的数据分析、健康评估、风险分析、决策支持和预测性维护等功能的系统。
3.4 远程运维 remote operation and maintenance
依托通信网络回传船端运行数据至岸端,支持岸端完成海洋平台运行状态监测、故障分析、运维决策与维保全流程管理的运维模式。
3.5 数据备份 data backup
为防止运维数据丢失,将海洋平台远程运维系统的数据及其相关配置复制到岸端其他存储介质或位置的过程。
3.6 预测性维护 predictive maintenance
旨在降低海洋平台设备故障发生率,依托设备健康状态评估和故障预测结果,提前制订维护计划并实施维护活动的维护策略。
3.7 中控系统 central control system
部署于海洋平台上,用于监控、管理和协调海洋平台各项操作、设备和安全系统的公用控制和安全保障中心。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
OPC:过程控制标准化通信协议(OLE for Process Control)
SSL:安全套接字层(Secure Sockets Layer)
TLS:传输层安全协议(Transport Layer Security)
UPS:不间断电源(Uninterruptible Power Supply)
VPN:虚拟专用网络(Virtual Private Network)
VSAT:甚小口径卫星终端(Very Small Aperture Terminal)
5 系统架构
海洋平台远程运维系统由船端运维系统和岸端运维系统组成,依托船岸通信网络实现远程运维管理。该系统的架构如图1所示:
a) 船端运维系统由船端运维系统传感器、船端服务器、船端数据库服务器等硬件组成,其中船端服务器具备数据采集、数据预处理、状态显示、预警报警、故障分析和维护管理等功能;
b) 岸端运维系统由岸端服务器、岸端数据库服务器和数据大屏等硬件组成,其中岸端服务器具备数据分析、健康评估、风险分析、决策支持和预测性维护等功能;
c) 船岸通信网络由卫星 VSAT、4G/5G 和光纤等一种或多种通信网络设备组成,采用 SSL/ TLS加密传输、断点续传及数据补发机制等。
6 系统功能
6.1 数据采集
数据采集应满足以下要求:
a) 支持对海洋平台的结构、关键或重要设备、环境和运维等监测对象进行数据采集;
b) 海洋平台结构数据采集关键结构应力、应变及位移等参数;
c) 海洋平台关键或重要设备数据采集包括但不限于主发电机系统、应急发电机、压载系统、消防系统、钻井系统(钻井平台)、升降系统(自升式平台)、吊机/起重机、推进系统、冷却系统、锚泊系统、空调系统和配电系统等设备的启停状态、运行数据(包括功率、温度、转速、压力、流速和流量等)以及累计运行时间等参数;
d) 海洋平台环境数据采集海洋平台所在作业海域的风速、风向、浪高、流速和气温等参数;
e) 海洋平台运维数据采集设备历史操作记录、设备故障代码及维修保养记录等信息
注:海洋平台远程运维系统监测对象见附录 A
6.2 数据预处理
数据预处理应满足以下要求:
a) 对采集到的原始实时数据按照规则转换,并存储到服务器关系数据库,支持结构化数据的行列转换,可支持非结构化数据的结构化描述;
b) 数据清洗过程支持填写缺失值,识别和删除离群点、光滑噪声数据、删除冗余性数据;
c) 对清洗后的数据,通过特定的编码算法,进行数据压缩,降低数据存储空间占用和网络传输带宽消耗;
d) 在数据采集、传输或处理流程中,自动识别出不符合正常数据模式、业务规则或预期行为的异常数据/异常事件,并对其进行拦截、丢弃、标记或隔离处理;
e) 对正常数据进行关联计算、特征提取及统计聚合等数据计算;
f) 按照数据分类规则进行归集和存储处理后的数据。
6.3 状态显示
状态显示应满足以下要求:
a) 在船端运维系统界面实时显示海洋平台设备状态和运行参数以及报警、预警信息;
b) 可视化显示符合 GB/T 43208.1—2023中7.2.5的有关要求;
c) 移动终端显示符合 GB/T 42136—2022中6.5的有关要求;
d) 支持历史数据查询和趋势曲线展示;
e) 显示内容与海洋平台设备现场状态保持一致。
6.4 预警报警
预警报警应满足以下要求:
a) 支持对关键设备参数设置预警阈值,通过实时监控运行参数,进行故障与异常报警;
b) 支持报警分级管理,区分紧急报警、重要报警和一般报警;
c) 系统触发报警时,支持以声光等可视化方式进行告警;
d) 系统具备报警抑制与屏蔽功能,支持在设备维护期间临时屏蔽指定设备或区域的报警;
e) 支持单条报警和批量报警的确认及消音操作;
f) 报警信息包含故障设备名称、故障类型、发生时间等关键要素;
g) 支持报警历史查询与统计分析功能,支持按时间、类型、级别等维度检索报警记录并生成统计报表。
6.5 故障分析
故障分析规则如下:
a) 应具备整合设备运行数据、历史故障数据及维修记录等故障诊断能力,为故障诊断提供数据基础;
b) 应具备故障比对与定位能力,将实时数据与故障库、知识库进行比对分析;
c) 应支持自动化诊断,对报警数据进行分析并判断设备状态,明确故障类型和危害等级;
d) 应支持生成故障诊断报告,包含故障定位、参数对比及风险评估结论;
e) 宜支持岸端专家远程调用知识库,进行复杂故障的协同诊断。
6.6 维护管理
维护管理应满足以下要求:
a) 支持维修工单的创建、分配、执行和关闭;
b) 记录故障发生时间、诊断过程、维修措施、维修人员及操作时间等信息;
c) 记录备件更换信息,包括规格型号、更换时间、数量及来源;
d) 维修记录按统一格式填写,确保信息准确完整,便于追溯与分析。
6.7 数据分析
数据分析应满足以下要求:
a) 岸端运维系统支持接收来自多个海洋平台的船端数据,进行统一汇聚和索引;
b) 支持对多源数据进行清洗、融合与对齐,形成统一数据视图;
c) 支持基于历史运行数据进行数据趋势分析、退化规律挖掘及故障模式识别;
d) 支持从运维历史数据中提取可复用的决策规则和运维策略;
e) 岸端数据处理平台具备分布式计算和并行处理能力,以应对多平台接入带来的海量数据深度处理需求。
6.8 健康评估
健康评估应满足以下要求:
a) 支持基于运行数据与历史数据对比分析设备性能退化趋势;
b) 支持设备正常运行数据模型构建,动态比对当前运行数据与标准模型,输出设备健康状态评估结果;
c) 支持输出量化的健康度指标(如0分~100分),为维护决策提供依据。
6.9 风险分析
风险分析应满足以下要求:
a) 支持识别关键设备/系统、数据、硬件及软件等远程运维系统关联资产;
b) 支持潜在威胁识别、漏洞扫描,并进行威胁防护;
c) 开展不同风险对远程运维系统机密性、完整性、可用性带来的影响评估;
d) 支持针对不同的风险,采取修补、隔离、监控、备份等缓解措施。
6.10 决策支持
决策支持规则如下:
a) 宜建立专家知识库,存储设备设计原理、典型故障特征及处理策略;
b) 应支持基于设备状态评估结果和故障诊断结论,生成运维策略和维修方案;
c) 应支持岸端专家通过远程界面查看故障信息并指导现场处理;
d) 应支持船岸协同,实现专家资源共享和远程运维指导。
6.11 预测性维护
预测性维护应满足以下要求:
a) 支持基于设备健康评估数据和故障预测结果,自动生成维护计划,明确维护时间、作业内容及资源需求;
b) 支持结合设备实时健康状态与行业保养标准,动态生成日常保养计划;
c) 支持整合设备健康数据、备件消耗记录及库存信息,对库存临界值、备件保质期等异常状态进行预警;
d) 支持根据设备实际运行状态动态调整,设置预测性维护策略,优化维护资源配置。
7 系统性能
系统性能应满足以下要求:
a) 关键设备运行数据采集频率满足状态监测和故障预警的实时性要求;
b) 传感器数据采集采用统一的时间基准;
c) 数据采集支持7×24 h不间断要求;
d) 数据库系统支持符合 GB/T 33863.8—2017中相关规定的接口;
e) 船端服务器至少存储1年历史数据,岸端服务器应至少存储3年历史数据;
f) 数据库系统支持数据备份与恢复,数据备份宜在24 h内完成,并实现存储机与备份机分离;
g) 数据存储支持分级存储(如冷、热、温数据),并具备高可用和冗余能力;
h) 船岸通信带宽支持数据打包压缩,根据数据量、传输频率及并发需求进行规划,满足峰值数据传输要求;
i) 船岸数据同步延时满足实时性要求,支持断点续传和数据补发机制,在异常状态(如网络故障)恢复后,在24 h内完成中断期间数据的补发;
j) 从数据采集到预警触发的时间满足设计要求,预警响应时间不超过30 s。
8 系统安全
8.1 网络安全
网络安全规则如下:
a) 应支持对船岸通信边界、内部网络分区设置工业防火墙,拦截非法流量;
b) 应启用入侵检测系统实时监控异常行为;
c) 应支持借助 VPN 实现加密通道传输数据;
d) 应定期更新防火墙策略与安全固件;
e) 应建立完善的安全审计机制,制定明确的审计策略,并按规定留存完整的系统操作和安全事件日志;
f) 船端运维系统网络与海洋平台自身的办公网络、互联网应实现严格的物理安全隔离,防止非授权访问和网络攻击;
g) 宜参照《船舶网络安全指南》的相关规定进行设计和配置。
8.2 软件安全
软件安全应满足以下要求:
a) 支持多用户类型(如管理人员、运维人员、普通用户等)身份鉴别管理及相应权限设置;
b) 支持强密码(如长度不少于12位,包含大写字母、小写字母、数字和特殊符号)和动态验证码等账户安全管理;
c) 支持记录用户操作、系统异常等重要事件,审计记录应受到保护,防止未经授权的修改或删除,并按指定期限保存;
d) 船端/岸端服务器部署安全防护软件,定期更新病毒库;
e) 建立软件版本管理机制,记录版本号、功能变更及漏洞修复内容。
8.3 硬件安全
硬件安全应满足以下要求:
a) 船载硬件满足海洋平台自身相应的安装规范要求;
b) 采用正常电源和不间断电源(UPS)双电源配置,支持电力失效时快速切换;
c) 不间断电源(UPS)容量符合《智能船舶规范》的相关要求;
d) 建立硬件维保机制,明确维保周期、操作流程及责任人。
9 系统部署
9.1 船端部署
船端部署规则如下:
a) 船端应部署传感器(包括振动传感器、应力传感器等)、数据采集与转换模块(如中控系统数据接口)、船端服务器、电源和网络通信设备(路由器/网关)等硬件设施,并应安装经第三方认证的船端运维系统软件;
b) 传感器的部署应覆盖海洋平台关键或重要设备、海洋平台关键结构以及环境参数等重要参数的监测,传感器类型和安装位置应根据工程实际确定;
c) 船端硬件设施应满足海洋环境的特殊使用要求(如防盐雾、防潮、防振动、电磁兼容等),或符合海洋平台建造技术规格书的相关规定;
d) 船端网络可利用海洋平台自身的通信系统,但应与办公网络、互联网实现必要的安全隔离;
e) 船端应部署卫星 VAST、4G/5G 天线或光纤等通信网络传输设备,可根据网络可用性自动切换,满足船岸通信需求。
9.2 岸端部署
岸端部署规则如下:
a) 岸端应部署数据服务器、数据存储设备、显示大屏、网关等硬件设施,并安装第三方认证的岸端运维系统软件。岸端可采用云服务器租赁方式,实现弹性计算与存储资源扩展;
b) 岸端数据处理系统应采用集群或分布式部署架构,满足多平台同时接入时的海量数据处理需求和系统水平扩展要求;
c) 岸端网络宜通过光纤、专线或高速互联网保证网络畅通,并配置防火墙,采用 VPN 专用通道。
10 系统测试与交付
系统测试与交付应满足以下要求:
a) 海洋平台远程运维系统测试前,制定相应的测试程序,并获得认可;
b) 船端运维传感器安装完成后,进行传感器校准和调试;
c) 船端和岸端运维系统安装后,分别进行船端/岸端功能测试、性能测试、安全测试,以及船岸通信测试、报警功能验证等;
d) 海洋平台运维系统测试通过后交付使用。
附 录 A (资料性)
海洋平台远程运维系统监测对象及传感器类别
表 A.1给出了海洋平台远程运维系统的主要监测对象及传感器类别。
| 序号 | 一级监测对象 | 二级监测对象 | 传感器类别 | 采集参数 |
| 1 | 关键或重要设备 | 主发电机组(含应急发电机) | 电压、电流、功率、温度、振动、转速、油压、液位、绝缘传感器 | 电压、电流、有功/无功功率、频率、绕组/轴承温度、振动幅值/频率、转速、润滑油压、油温、油位、绝缘电阻、运行状态 |
| 压载系统 | 液位、压力、流量、温度、阀位、振动传感器 | 舱室液位、管路压力、流量、海水温度、阀门开度/状态、泵振动、运行/故障状态 | ||
| 消防系统 | 压力、流量、烟感、火焰、温度、手动报警传感器 | 管系压力、消防水流量、烟雾浓度、火焰强度、环境温度、火警状态、手动报警信号 | ||
| 钻台)井系统(钻井平 | 压力、扭矩、转速、位移、流量、温度、振动、限位传感器 | 井口压力、钻压、扭矩、转速、冲程、泥浆流量/密度、温度、振动、上下限位 | ||
| 升台)降系统(自升式平 | 电流、电压、位移、倾角、应力、振动、限位传感器 | 电机电流/电压、桩腿升降位移、船体倾角、桩腿应力、振动、上下极限限位 | ||
| 吊机/起重机 | 载荷、角度、幅度、限位、张力、振动传感器 | 起吊载荷、臂架角度、作业幅度、限位、钢丝绳张力、振动、安全保护状态 | ||
| 推进系统 | 转速、扭矩、推力、温度、振动、位置、艏向传感器 | 转速、扭矩、推力、轴承/绕组温度、振动、推进器位置、艏向、负载率 | ||
| 冷却系统 | 温度、压力、流量、液位、压差、振动传感器 | 进/出口温度、管路压力、冷却水流量、膨胀舱液位、过滤器压差、泵振动 | ||
| 锚泊系统 | 拉力、转速、位移、限位、温度、振动、角度传感器 | 锚链张力、绞车转速、锚链长度/收放位移、上下限位、电机/刹车温度、振动、锚链角度 | ||
| 空调系统 | 温度、湿度、压力、压差、流量、运行状态传感器 | 送风/回风温湿度、冷媒压力、过滤器压差、风量、压缩机状态 |
| 序号 | 一级监测对象 | 二级监测对象 | 传感器类别 | 采集参数 |
| 1 | 关键或重要设备 | 泵组(海水、消防、冷却) | 压力、流量、温度、振动、液位、阀位传感器 | 进/出口压力、流量、轴承温度、振动、吸入液位、阀门状态 |
| 压缩机 | 压力、温度、流量、振动、压差、液位传感器 | 进/出口压力、各级温度、流量、振动、油滤压差、润滑油位 | ||
| 配电系统 | 电压、电流、功率、频率、绝缘、温度、漏电传感器 | 线/相电压、电流、功率、频率、绝缘电阻、母线/电缆温度、漏电电流 | ||
| 2 | 平台结构 | 自升式平台/桩腿 | 应力、应变、倾角、位移、振动、加速度传感器 | 应力、应变、船体/桩腿倾角、位移、振动幅度、加速度 |
| 半潜式平台浮筒/立柱/甲板 | 应力、姿态、振动、加速度、位移传感器 | 应力、结构姿态、振动、加速度、位移、变形、疲劳监测 | ||
| 风电安装平台结构 | 应力、载荷、位移、倾角、振动传感器 | 应力、载荷、位置、变形 | ||
| 钻井船船体结构 | 应力、应变、姿态、振动、位移、加速度传感器 | 应力、应变、横摇/纵摇/艏摇、位移、振动、加速度、变形 | ||
| 浮式生产储卸油装置船体结构 | 应力、腐蚀、壁厚、振动、挠度、液位传感器 | 应力、腐蚀速率、板厚、振动、挠度、压载液位 | ||
| 导管架平台结构 | 应力、应变、腐蚀、壁厚、振动、倾角传感器 | 应力、应变、腐蚀、壁厚、振动、导管架倾角 | ||
| 3 | 环境参数 | 气象海洋环境 | 风速、风向、气温、湿度、气压、浪高、波向、流速、流向、水温传感器 | 风速/风向、气温、湿度、气压、有效波高/周期/波向、流速/流向、海水温度 |
| 安全监测 | 可燃气体、有毒气体、氧气、火焰、烟感、温度传感器 | 可燃气浓度、有毒气浓度、氧含量、火焰、烟雾、环境温度、报警状态 | ||
| 4 | 运维数据 | 设备运维、人员、故障 | 定位标签、射频识别、运维终端、故障采集 | 人员位置、操作记录、设备故障代码、维修保养记录、运行时长、事件日志 |
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