魯玉慶　匡波　劉駿　周濤

摘要：本文通過中國石化移動PCS的建設(shè)，對前端生產(chǎn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場視頻的集成應(yīng)用，實現(xiàn)對油氣生產(chǎn)全過程的實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程管控、協(xié)同管理。

關(guān)鍵詞：石化移動；PCS系統(tǒng)；PCS技術(shù)

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0059-03

1 前言

PCS是油氣生產(chǎn)指揮系統(tǒng)（Production Control System）的簡稱，由中國石化統(tǒng)籌考慮上游板塊采油氣生產(chǎn)管理需求，在勝利油田已有系統(tǒng)基礎(chǔ)上統(tǒng)一設(shè)計、研發(fā)形成的。作為中國石化采油氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)的主控平臺，2016年至今已在8家油田企業(yè)的34個采油氣廠120個管理區(qū) 20000口油井和2200余座站庫投入應(yīng)用。通過對前端生產(chǎn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場視頻的集成應(yīng)用，實現(xiàn)對油氣生產(chǎn)全過程的實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程管控、協(xié)同管理。

1.1 PCS系統(tǒng)概述

為充分發(fā)揮生產(chǎn)信息化， PCS系統(tǒng)形成了3個層級、6個模塊、1個平臺的“361”體系架構(gòu)，實現(xiàn)了分公司、采油廠、管理區(qū)三個管理層級的實時聯(lián)動、上下貫通、層層穿透，對油公司體制機制建設(shè)起到了核心支撐作用。該系統(tǒng)涵蓋生產(chǎn)監(jiān)控、報警預(yù)警等6大功能模塊188項業(yè)務(wù)功能，基本覆蓋了采油氣生產(chǎn)全過程業(yè)務(wù)；采用統(tǒng)一技術(shù)平臺，統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一技術(shù)、統(tǒng)一風(fēng)格，支持手機、平板、電腦、大屏等終端的一體化應(yīng)用。PCS實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的實時管控、精準(zhǔn)指揮、高效處置、全程跟蹤，大幅提高了生產(chǎn)指揮效率和安全、環(huán)保管理水平，通過對海量實時數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用，采油氣技術(shù)指標(biāo)也得到了持續(xù)提升，開發(fā)效果持續(xù)向好，如圖1所示。

1.2 移動PCS建設(shè)構(gòu)想

PCS的推廣已初步取得了規(guī)?；瘧?yīng)用效果，油公司新型管理區(qū)建設(shè)對指揮中心與生產(chǎn)現(xiàn)場之間的實時互動和高效協(xié)同提出了更高要求。伴隨PCS深化應(yīng)用，勝利、西北、中原等單位相繼提出移動PCS的需求，部分單位已經(jīng)在實時監(jiān)控、調(diào)度運行方面進行了探索性建設(shè)，按照“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一設(shè)計，統(tǒng)一建設(shè)”的要求，需在中國石化總部層面開展移動PCS建設(shè)，以滿足以下幾方面需求：一是生產(chǎn)動態(tài)及時推送，滿足在線監(jiān)控的需要。采油廠生產(chǎn)辦和管理區(qū)采油注水管控、綜合運行、地面工程等崗位人員可通過移動端隨時隨地掌握生產(chǎn)現(xiàn)場動態(tài)，監(jiān)控重點生產(chǎn)環(huán)節(jié)，保持全天候在崗，實現(xiàn)實時監(jiān)控和在線運行。二是工作信息隨時共享，滿足協(xié)同運行的需要。面向指揮中心、技術(shù)管理、專業(yè)班組、市場隊伍，實現(xiàn)作業(yè)指令、操作規(guī)范、技術(shù)要求等信息的隨時共享，針對現(xiàn)場操作可以實時監(jiān)督和及時互動，實現(xiàn)異地協(xié)同運行，提高工程質(zhì)量。三是生產(chǎn)指令直達單兵，滿足高效指揮的需要。面向運維班組和現(xiàn)場巡檢人員，通過移動端將巡檢問題、設(shè)備故障、整改情況等文字、圖像、視頻及時反饋到指揮中心，生產(chǎn)指令直達生產(chǎn)前端實現(xiàn)高效互動與共享。四是應(yīng)急事件及時處置，滿足安全生產(chǎn)的需要。面向綜治管理和應(yīng)急決策人員，實現(xiàn)全面掌握事件動態(tài)、應(yīng)急指令“一鍵”群發(fā)，針對現(xiàn)場反饋的動態(tài)信息、照片、視頻及時進行應(yīng)急指揮，實現(xiàn)安全生產(chǎn)運行，提高綜治防范能力。

2 要解決的問題

根據(jù)中國石化“十三五”信息化發(fā)展規(guī)劃，按照“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一設(shè)計，統(tǒng)一建設(shè)”的要求，為滿足移動PCS在線監(jiān)控、協(xié)同運行、高效指揮、安全生產(chǎn)的應(yīng)用需求，需要在“系統(tǒng)架構(gòu)”、“內(nèi)外網(wǎng)訪問”、“即時通訊”、“消息推送”等方面進行充分的研究，選擇適合的解決方案。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

移動PCS是中國石化PCS系統(tǒng)體系架構(gòu)中的一個重要組成部分，其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計要滿足：（1）滿足中國石化信息系統(tǒng)集成整合的要求，要按照“一切系統(tǒng)皆上云，一切開發(fā)上平臺”的要求，避免重復(fù)建設(shè)和新的信息孤島；（2）要符合PCS系統(tǒng)“361”體系架構(gòu)，即：3個層級、6個模塊、1個平臺，實現(xiàn)三級聯(lián)動、上下貫通、層層穿透。

2.2 內(nèi)外網(wǎng)訪問

移動PCS所涉及的報警處置、掌握指標(biāo)運行情況、監(jiān)控油氣生產(chǎn)狀態(tài)、日常工作安排、調(diào)度運行、各層級即時溝通等業(yè)務(wù)活動的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都在中國石化內(nèi)網(wǎng)中的PCS系統(tǒng)里進行采集、處理、應(yīng)用，而移動PCS用戶所使用的移動終端一般在智能通過4G網(wǎng)絡(luò)接入公網(wǎng)，因此需要解決移動PCS的內(nèi)外網(wǎng)訪問與網(wǎng)絡(luò)安全問題：（1）需要實現(xiàn)通過4G網(wǎng)絡(luò)接入公網(wǎng)的移動終端訪問部署在中國石化內(nèi)網(wǎng)中的PCS數(shù)據(jù)服務(wù)；（2）在實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)訪問的同時，需要有效的保護中國石化內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

2.3 即時通訊

移動PCS要滿足“工作信息隨時共享、生產(chǎn)指令直達單兵、應(yīng)急事件及時處置”的應(yīng)用需求，就需要實現(xiàn)用戶之間的即時通訊，建立一個涵蓋各種通訊手段的交流平臺：（1）需要實現(xiàn)即時通訊的基本功能：允許兩人或多人使用網(wǎng)路即時的傳遞文字訊息、檔案、語音與視頻交流；（2）移動PCS的即時通訊需要是企業(yè)級的即時通訊，以高效、穩(wěn)定和安全作為其研發(fā)的重點，尤其是對于企業(yè)生產(chǎn)信息的保密性、安全性要求；（3）需要實現(xiàn)移動PCS與PCS系統(tǒng)之間的即時通訊。

2.4 消息推送

移動PCS要滿足“生產(chǎn)動態(tài)及時推送、生產(chǎn)指令直達單兵、應(yīng)急事件及時處置”的應(yīng)用需求，就需要實現(xiàn)生產(chǎn)信息、生產(chǎn)指令、報警信息的及時推送，同時要充分考慮信息的安全性、保密性：（1）實現(xiàn)PCS系統(tǒng)中生產(chǎn)信息、生產(chǎn)指令、報警信息得及時推送；（2）需要保證推送信息得安全性、保密性。

3 技術(shù)解決方案

以PCS系統(tǒng)體系架構(gòu)為基礎(chǔ)，按照中國石化“十三五”信息化發(fā)展規(guī)劃的要求，經(jīng)過充分的研究分析，就系統(tǒng)架構(gòu)”、“內(nèi)外網(wǎng)訪問”、“即時通訊”、“消息推送”等4個方面提出如下技術(shù)方案。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)方案

按照“一切系統(tǒng)皆上云，一切開發(fā)上平臺”和PCS系統(tǒng)“361”體系架構(gòu)的要求，經(jīng)過細(xì)致的研究分析后，確定移動PCS的系統(tǒng)架構(gòu)為：在PCS體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于微服務(wù)架構(gòu)理念，基于元數(shù)據(jù)、組件化技術(shù)構(gòu)建分布式應(yīng)用服務(wù)，如圖2所示。

通過實現(xiàn)移動PCS的微服務(wù)化，可以通過建立面對大用戶量訪問時的彈性擴充能力提高應(yīng)用性能，建立支持應(yīng)用功能和應(yīng)用需求的不斷擴充的支撐能力?；谖⒎?wù)架構(gòu)的公共服務(wù)設(shè)計，與油田統(tǒng)一云平臺對接：其中用戶中心、資源中心、流程中心、消息中心等公共服務(wù)建立在油田統(tǒng)一的云平臺之上，并提供服務(wù)。

3.2 內(nèi)外網(wǎng)訪問技術(shù)方案

移動PCS既要實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互，又要滿足相關(guān)法律法規(guī)及中國石化關(guān)于信息系統(tǒng)安全管理相關(guān)制度規(guī)定，經(jīng)過充分的研究與分析，確定采用中國石化云DMZ區(qū)來實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)訪問。中國石化云DMZ區(qū)提供了三種應(yīng)用資源部署架構(gòu)：第一種是應(yīng)用（應(yīng)用發(fā)布服務(wù)+數(shù)據(jù)庫服務(wù)）全部對外應(yīng)用發(fā)布區(qū)；第二種是對外應(yīng)用發(fā)布區(qū)只部署應(yīng)用發(fā)布服務(wù)，數(shù)據(jù)庫在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)部署；第三種是應(yīng)用在對外應(yīng)用發(fā)布區(qū)和企業(yè)內(nèi)網(wǎng)各部署一套應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)，兩套數(shù)據(jù)庫間相互同步。根據(jù)移動PCS的需求，確定采用第二種：對外應(yīng)用發(fā)布區(qū)只部署應(yīng)用發(fā)布服務(wù)，數(shù)據(jù)庫在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)部署，如圖3所示。

3.3 即時通訊技術(shù)方案

移動PCS需要建設(shè)高效、穩(wěn)定和安全的企業(yè)級即時通訊，以滿足“工作信息隨時共享、生產(chǎn)指令直達單兵、應(yīng)急事件及時處置”的應(yīng)用需求。移動PCS即時通訊的實現(xiàn)方案是通過在服務(wù)端建立一個一直在啟動狀態(tài)的線程，不斷的從客戶端（App）獲取消息，收到消息后，進行類型和發(fā)送目標(biāo)判斷，以發(fā)送到群組或者單聊的方式，客戶端收到消息后進行界面的展示。

移動PCS即時通訊實現(xiàn)的功能包含：（1）消息類型：文字、語音、圖片、地理位置、文件、自定義消息等；（2）聊天方式：單聊、群聊；（3）平臺支持：Android， Web 多平臺互通；（4）用戶維護：注冊、登錄、頭像、用戶其他信息；（5）群組維護：創(chuàng)建群組、加群、退群；（6）離線消息：可選擇是否需要保存離線消息；（7）關(guān)系模式：有好友模式和無好友模式。

3.4 消息推送技術(shù)方案

移動PCS需要實現(xiàn)具有高安全性、保密性的消息推送功能，實現(xiàn)PCS系統(tǒng)中生產(chǎn)信息、生產(chǎn)指令、報警信息得及時推送。實現(xiàn)消息推送的主流方案有C2DM、輪詢、SMS信令推送、MQTT協(xié)議、XMPP協(xié)議、使用第三方平臺、自主搭建平臺等，移動PCS的消息推送具備較高的功能和性能要求，同時對安全性要求非常高，因此選擇自主搭建平臺的方案。

移動PCS消息推送平臺具有以下功能特點：（1）安全性高，基于RSA精簡的加密握手協(xié)議，簡單，高效，安全；（2）支持?jǐn)嗑€重連，及弱網(wǎng)下的快速重連，無網(wǎng)絡(luò)下自動休眠節(jié)省電量和資源；（3）協(xié)議簡潔，接口流暢，支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮，更加節(jié)省流量；（4）支持集群部署，支持負(fù)載均衡，基于成熟的zookeeper實現(xiàn)；（5）用戶路由使用Redis集群，支持單寫，雙寫，集群分組，性能好，可用性高；（6）支持http代理，一根TCP鏈接接管應(yīng)用大部分請求，讓http請求更加及時。

4 效益分析與評價

截止到2018上半年，移動版PCS目前已在中國石化集團勝利、西北、中原等油田部署和應(yīng)用，注冊用戶數(shù)超過4000人，日在線人數(shù)達500人以上，為生產(chǎn)經(jīng)營決策、生產(chǎn)運行和安全風(fēng)險管控提供了高效的手段。通過應(yīng)用移動版PCS，生產(chǎn)運行管理人員實現(xiàn)了單井效益區(qū)間監(jiān)控和效益趨勢預(yù)測，為科學(xué)制定下一步措施和配產(chǎn)方案，確保效益最優(yōu)化。同期對比中國石化勝利油田的效益分析，平均噸油操作成本降低312元/噸、作業(yè)費用降低9.4億元、年度耗電量降低4.1%利用移動版PCS和其他移動軟件的協(xié)同應(yīng)用，為中國石化上游板塊實現(xiàn)“扁平化架構(gòu)、科學(xué)化決策、市場化運行、專業(yè)化管理、社會化服務(wù)、效益化考核、信息化提升”創(chuàng)造了條件，有力支撐了勝利油田油公司體制機制建設(shè)，實現(xiàn)了勞動生產(chǎn)率的大幅提高。2017年，僅勝利油田通過PCS、移動版PCS及其他信息系統(tǒng)的深度應(yīng)用，結(jié)合業(yè)務(wù)流程的梳理再造，就實現(xiàn)人力資源優(yōu)化超過1.1萬人，創(chuàng)效超億元。利用移動版PCS實現(xiàn)了掌上安全管理，實現(xiàn)安全環(huán)保全業(yè)務(wù)管控、關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)施、重點施工環(huán)節(jié)視頻全程監(jiān)控，?；愤\輸GPS全程跟蹤，應(yīng)急事件可視化處置，員工在高壓、噪音環(huán)境工作時間縮短，安全環(huán)保風(fēng)險進一步降低。

5 結(jié)語

通過中國石化移動PCS的建設(shè)，將原有構(gòu)建在“服務(wù)器+工作站”模式的油氣生產(chǎn)指揮信息系統(tǒng)遷移到“云+端”模式的移動版模式，真正意義上實現(xiàn)了傳統(tǒng)工藝技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高度融合，對整個石油系統(tǒng)實現(xiàn)智能化開采管理起到示范作用，對國內(nèi)外油氣田智能化開采管理建設(shè)也提供了借鑒和參考。