MQTT 协议赋能石油行业：实时可靠的生产数据采集
Fan Wang
前言
随着物联网（IoT）技术的迅猛发展，新型信息传感设备及有线、无线网络技术在石油勘探、生产与储运环境中日益普及。石油石化企业正积极探索利用物联网技术，以实现对油田终端设备的远程管理，并优化数据存储、管理和使用的效率、安全性和可扩展性。
在石油生产与运输储存场景中，通过工业边缘网关将传统工业总线协议与 PLC 协议转化成物联网 MQTT 协议，将现场实时数据传递到数据中心，以实现对现场数据的远程采集与集中化管理，是目前石油石化企业生产监控技术改造的重点方向之一。
本文将详细解读 MQTT 协议在石油行业具体应用场景中的独特优势，助力企业进一步提升运营效率。
MQTT 协议介绍
MQTT 是一种轻量级、基于发布-订阅模式的消息传输协议，适用于资源受限的设备和低带宽、高延迟、不稳定的网络环境。它在物联网应用中广受欢迎，能够实现传感器、执行器和其它设备之间的高效通信。
MQTT 协议 具有以下特点：
1、轻巧高效：MQTT 客户端轻巧，需要投入的设备资源更少；MQTT 报文消息头也很小，占用网络带宽更少。
2、双向通讯：MQTT 的发布-订阅模式为云和设备之间提供了无缝的双向通信方式。
3、可靠通信：MQTT 具有 3 种定义的服务质量级别：0-最多一次，1-至少一次，2-恰好一次，可根据业务场景保证消息传递的可靠性。
4、安全通信：MQTT 使您可以轻松地使用 TLS 和 SSL 加密消息，同时还支持使用现代身份验证协议对客户端进行访问管理。
5、持久会话：MQTT 支持持久性会话，有效减少了弱网环境下客户端与代理重新连接的时间。
凭借这些优势特征，MQTT 协议现已广泛应用于汽车、制造业、电信、石油和天然气等多个行业，成为推动物联网发展的核心技术之一。
石油生产数据采集痛点
传统采油厂通过专用无线或者有线网络，将油井中的油压、油温、载荷、电量等数据实时传送到 RTU 或者 PLC 中，再通过本地 SCADA 系统进行汇聚后存储在生产作业区或联合站的控制室数据库中。厂区中心机房需要定期从场站控制机房的数据库中同步数据，实现对多个作业区的数据汇聚。
随着石油企业对实时数据的需求越来越高，厂区机房对边缘数据库的访问频率也大幅增加，在实际运行过程中逐渐暴露出以下问题：
1、场站数据采集与数据存储软硬件老化，更新成本高；
2、采集数据量不断增加，设备整体性能无法满足日益增长的数据需求；
3、厂区无法得到实时数据，对场站的实时管理监控能力不足；
4、现场技术维护人员工作强度大，人工成本高。
石油生产数据采集解决方案
得益于网络技术在石油行业中的普及，油田作业区与厂区之间已基本实现了网络联通，为物联网技术的引入提供了基础网络条件。各类生产数据可以通过 MQTT 协议获得采集汇聚与进一步处理，充分发挥其价值。
针对石油生产数据采集痛点，EMQ 提供了云边协同的数据采集方案：
工业协议统一接入
在场站端，工业边缘网关软件 NeuronEX 将现场不同协议（如 Modbus-RTU、Modbus-TCP）的仪表数据统一转换为高可靠、轻量化的 MQTT 数据流，并通过专网实时推送至厂区中心机房的 EMQX Platform，确保从采集点到数据中心的无缝连接。
数据统一处理
石油生产过程中产生的海量数据经由 NeuronEX 进行统一集成、过滤和分析，有效减少了冗余信息，提高了数据处理效率。关键数据被精准传递至数据中心，支持更准确的生产和决策指导。
实时数据存储
EMQX Platform 可以将实时数据统一接入并存储到中心机房的数据库中，为各种业务应用提供即时的数据访问接口，确保业务系统能够快速获取所需信息。
告警信息推送
EMQX Platform 可以实时响应生产设备、场站门禁等报警数据，并通过 MQTT 协议推送到专门的告警业务系统，保障了告警信息的及时发现和处理。
设备实时监管
利用实时 MQTT 消息，厂区数据中心平台可以实现对现场设备的远程控制与监控，增强了运营的灵活性和响应速度。
MQTT 对石油行业的价值
提高业务实时性
MQTT 协议具有轻量化、高可靠 QoS 等特性，能够实时收集并上报大量生产区设备与系统的数据至厂区数据中心，显著提升业务的实时响应能力。
降低软硬件成本
MQTT 的轻量化设计减少了客户端和服务端的硬件需求。在 EMQ 云边协同的数据采集方案中，用 MQTT 消息接入平台 EMQX Platform 以及工业边缘网关 NeuronEX 代替了昂贵的 SCADA 系统与数据采集存储服务器，整体软硬件成本降低超过 50%。
节省人力成本
方案采用了轻前端、重后端的架构，简化了现场设备配置与复杂度，现场运维负担与人员成本可降低超过 70% 以上。
结语
通过基于 MQTT 协议的数据采集架构，厂区数据中心可以获得各类现场实时数据，通过这些高质量的业务数据进行远程设备操作、井筒位置优化分析、环境监测和排放控制、远程辅助检修等新业务应用，助力石油企业实现降本增效与业务创新。