中國石化移動PCS技術研究與實現

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，對前端生產數據、現場視頻的集成應用，實現對油氣生產全過程的實時監控、遠程管控、協同管理。

關鍵詞：石化移動；PCS系統；PCS技術

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

1 前言

PCS是油氣生產指揮系統（Production Control System）的簡稱，由中國石化統籌考慮上游板塊采油氣生產管理需求，在勝利油田已有系統基礎上統一設計、研發形成的。作為中國石化采油氣生產業務的主控平臺，2016年至今已在8家油田企業的34個采油氣廠120個管理區 20000口油井和2200余座站庫投入應用。通過對前端生產數據、現場視頻的集成應用，實現對油氣生產全過程的實時監控、遠程管控、協同管理。

1.1 PCS系統概述

為充分發揮生產信息化， PCS系統形成了3個層級、6個模塊、1個平臺的“361”體系架構，實現了分公司、采油廠、管理區三個管理層級的實時聯動、上下貫通、層層穿透，對油公司體制機制建設起到了核心支撐作用。該系統涵蓋生產監控、報警預警等6大功能模塊188項業務功能，基本覆蓋了采油氣生產全過程業務；采用統一技術平臺，統一認證、統一標準、統一技術、統一風格，支持手機、平板、電腦、大屏等終端的一體化應用。PCS實現了生產過程的實時管控、精準指揮、高效處置、全程跟蹤，大幅提高了生產指揮效率和安全、環保管理水平，通過對海量實時數據的深化應用，采油氣技術指標也得到了持續提升，開發效果持續向好，如圖1所示。

1.2 移動PCS建設構想

PCS的推廣已初步取得了規模化應用效果，油公司新型管理區建設對指揮中心與生產現場之間的實時互動和高效協同提出了更高要求。伴隨PCS深化應用，勝利、西北、中原等單位相繼提出移動PCS的需求，部分單位已經在實時監控、調度運行方面進行了探索性建設，按照“統一標準，統一設計，統一建設”的要求，需在中國石化總部層面開展移動PCS建設，以滿足以下幾方面需求：一是生產動態及時推送，滿足在線監控的需要。采油廠生產辦和管理區采油注水管控、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現場動態，監控重點生產環節，保持全天候在崗，實現實時監控和在線運行。二是工作信息隨時共享，滿足協同運行的需要。面向指揮中心、技術管理、專業班組、市場隊伍，實現作業指令、操作規范、技術要求等信息的隨時共享，針對現場操作可以實時監督和及時互動，實現異地協同運行，提高工程質量。三是生產指令直達單兵，滿足高效指揮的需要。面向運維班組和現場巡檢人員，通過移動端將巡檢問題、設備故障、整改情況等文字、圖像、視頻及時反饋到指揮中心，生產指令直達生產前端實現高效互動與共享。四是應急事件及時處置，滿足安全生產的需要。面向綜治管理和應急決策人員，實現全面掌握事件動態、應急指令“一鍵”群發，針對現場反饋的動態信息、照片、視頻及時進行應急指揮，實現安全生產運行，提高綜治防范能力。

2 要解決的問題

根據中國石化“十三五”信息化發展規劃，按照“統一標準，統一設計，統一建設”的要求，為滿足移動PCS在線監控、協同運行、高效指揮、安全生產的應用需求，需要在“系統架構”、“內外網訪問”、“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 系統架構

移動PCS是中國石化PCS系統體系架構中的一個重要組成部分，其系統架構設計要滿足：（1）滿足中國石化信息系統集成整合的要求，要按照“一切系統皆上云，一切開發上平臺”的要求，避免重復建設和新的信息孤島；（2）要符合PCS系統“361”體系架構，即：3個層級、6個模塊、1個平臺，實現三級聯動、上下貫通、層層穿透。

2.2 內外網訪問

移動PCS所涉及的報警處置、掌握指標運行情況、監控油氣生產狀態、日常工作安排、調度運行、各層級即時溝通等業務活動的業務數據都在中國石化內網中的PCS系統里進行采集、處理、應用，而移動PCS用戶所使用的移動終端一般在智能通過4G網絡接入公網，因此需要解決移動PCS的內外網訪問與網絡安全問題：（1）需要實現通過4G網絡接入公網的移動終端訪問部署在中國石化內網中的PCS數據服務；（2）在實現內外網訪問的同時，需要有效的保護中國石化內部網絡。

2.3 即時通訊

移動PCS要滿足“工作信息隨時共享、生產指令直達單兵、應急事件及時處置”的應用需求，就需要實現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）需要實現即時通訊的基本功能：允許兩人或多人使用網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級的即時通訊，以高效、穩定和安全作為其研發的重點，尤其是對于企業生產信息的保密性、安全性要求；（3）需要實現移動PCS與PCS系統之間的即時通訊。

2.4 消息推送

移動PCS要滿足“生產動態及時推送、生產指令直達單兵、應急事件及時處置”的應用需求，就需要實現生產信息、生產指令、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PCS系統中生產信息、生產指令、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 技術解決方案

以PCS系統體系架構為基礎，按照中國石化“十三五”信息化發展規劃的要求，經過充分的研究分析，就系統架構”、“內外網訪問”、“即時通訊”、“消息推送”等4個方面提出如下技術方案。

3.1 系統架構技術方案

按照“一切系統皆上云，一切開發上平臺”和PCS系統“361”體系架構的要求，經過細致的研究分析后，確定移動PCS的系統架構為：在PCS體系架構的基礎上，基于微服務架構理念，基于元數據、組件化技術構建分布式應用服務，如圖2所示。

通過實現移動PCS的微服務化，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用性能，建立支持應用功能和應用需求的不斷擴充的支撐能力。基于微服務架構的公共服務設計，與油田統一云平臺對接：其中用戶中心、資源中心、流程中心、消息中心等公共服務建立在油田統一的云平臺之上，并提供服務。

3.2 內外網訪問技術方案

移動PCS既要實現內外網的數據交互，又要滿足相關法律法規及中國石化關于信息系統安全管理相關制度規定，經過充分的研究與分析，確定采用中國石化云DMZ區來實現內外網的網絡訪問。中國石化云DMZ區提供了三種應用資源部署架構：第一種是應用（應用發布服務+數據庫服務）全部對外應用發布區；第二種是對外應用發布區只部署應用發布服務，數據庫在企業內網部署；第三種是應用在對外應用發布區和企業內網各部署一套應用服務和數據庫服務，兩套數據庫間相互同步。根據移動PCS的需求，確定采用第二種：對外應用發布區只部署應用發布服務，數據庫在企業內網部署，如圖3所示。

3.3 即時通訊技術方案

移動PCS需要建設高效、穩定和安全的企業級即時通訊，以滿足“工作信息隨時共享、生產指令直達單兵、應急事件及時處置”的應用需求。移動PCS即時通訊的實現方案是通過在服務端建立一個一直在啟動狀態的線程，不斷的從客戶端（App）獲取消息，收到消息后，進行類型和發送目標判斷，以發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）關系模式：有好友模式和無好友模式。

3.4 消息推送技術方案

移動PCS需要實現具有高安全性、保密性的消息推送功能，實現PCS系統中生產信息、生產指令、報警信息得及時推送。實現消息推送的主流方案有C2DM、輪詢、SMS信令推送、MQTT協議、XMPP協議、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精簡的加密握手協議，簡單，高效，安全；（2）支持斷線重連，及弱網下的快速重連，無網絡下自動休眠節省電量和資源；（3）協議簡潔，接口流暢，支持數據壓縮，更加節省流量；（4）支持集群部署，支持負載均衡，基于成熟的zookeeper實現；（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用，注冊用戶數超過4000人，日在線人數達500人以上，為生產經營決策、生產運行和安全風險管控提供了高效的手段。通過應用移動版PCS，生產運行管理人員實現了單井效益區間監控和效益趨勢預測，為科學制定下一步措施和配產方案，確保效益最優化。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同應用，為中國石化上游板塊實現“扁平化架構、科學化決策、市場化運行、專業化管理、社會化服務、效益化考核、信息化提升”創造了條件，有力支撐了勝利油田油公司體制機制建設，實現了勞動生產率的大幅提高。2017年，僅勝利油田通過PCS、移動版PCS及其他信息系統的深度應用，結合業務流程的梳理再造，就實現人力資源優化超過1.1萬人，創效超億元。利用移動版PCS實現了掌上安全管理，實現安全環保全業務管控、關鍵生產設施、重點施工環節視頻全程監控，危化品運輸GPS全程跟蹤，應急事件可視化處置，員工在高壓、噪音環境工作時間縮短，安全環保風險進一步降低。

5 結語

通過中國石化移動PCS的建設，將原有構建在“服務器+工作站”模式的油氣生產指揮信息系統遷移到“云+端”模式的移動版模式，真正意義上實現了傳統工藝技術與互聯網技術的高度融合，對整個石油系統實現智能化開采管理起到示范作用，對國內外油氣田智能化開采管理建設也提供了借鑒和參考。