中国石化移动PCS技术研究与实现

鲁玉庆　匡波　刘骏　周涛

摘要：本文通过中国石化移动PCS的建设，对前端生产数据、现场视频的集成应用，实现对油气生产全过程的实时监控、远程管控、协同管理。

关键词：石化移动；PCS系统；PCS技术

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）09-0059-03

1 前言

PCS是油气生产指挥系统（Production Control System）的简称，由中国石化统筹考虑上游板块采油气生产管理需求，在胜利油田已有系统基础上统一设计、研发形成的。作为中国石化采油气生产业务的主控平台，2016年至今已在8家油田企业的34个采油气厂120个管理区 20000口油井和2200余座站库投入应用。通过对前端生产数据、现场视频的集成应用，实现对油气生产全过程的实时监控、远程管控、协同管理。

1.1 PCS系统概述

为充分发挥生产信息化， PCS系统形成了3个层级、6个模块、1个平台的“361”体系架构，实现了分公司、采油厂、管理区三个管理层级的实时联动、上下贯通、层层穿透，对油公司体制机制建设起到了核心支撑作用。该系统涵盖生产监控、报警预警等6大功能模块188项业务功能，基本覆盖了采油气生产全过程业务；采用统一技术平台，统一认证、统一标准、统一技术、统一风格，支持手机、平板、电脑、大屏等终端的一体化应用。PCS实现了生产过程的实时管控、精准指挥、高效处置、全程跟踪，大幅提高了生产指挥效率和安全、环保管理水平，通过对海量实时数据的深化应用，采油气技术指标也得到了持续提升，开发效果持续向好，如图1所示。

1.2 移动PCS建设构想

PCS的推广已初步取得了规模化应用效果，油公司新型管理区建设对指挥中心与生产现场之间的实时互动和高效协同提出了更高要求。伴随PCS深化应用，胜利、西北、中原等单位相继提出移动PCS的需求，部分单位已经在实时监控、调度运行方面进行了探索性建设，按照“统一标准，统一设计，统一建设”的要求，需在中国石化总部层面开展移动PCS建设，以满足以下几方面需求：一是生产动态及时推送，满足在线监控的需要。采油厂生产办和管理区采油注水管控、综合运行、地面工程等岗位人员可通过移动端随时随地掌握生产现场动态，监控重点生产环节，保持全天候在岗，实现实时监控和在线运行。二是工作信息随时共享，满足协同运行的需要。面向指挥中心、技术管理、专业班组、市场队伍，实现作业指令、操作规范、技术要求等信息的随时共享，针对现场操作可以实时监督和及时互动，实现异地协同运行，提高工程质量。三是生产指令直达单兵，满足高效指挥的需要。面向运维班组和现场巡检人员，通过移动端将巡检问题、设备故障、整改情况等文字、图像、视频及时反馈到指挥中心，生产指令直达生产前端实现高效互动与共享。四是应急事件及时处置，满足安全生产的需要。面向综治管理和应急决策人员，实现全面掌握事件动态、应急指令“一键”群发，针对现场反馈的动态信息、照片、视频及时进行应急指挥，实现安全生产运行，提高综治防范能力。

2 要解決的问题

根据中国石化“十三五”信息化发展规划，按照“统一标准，统一设计，统一建设”的要求，为满足移动PCS在线监控、协同运行、高效指挥、安全生产的应用需求，需要在“系统架构”、“内外网访问”、“即时通讯”、“消息推送”等方面进行充分的研究，选择适合的解决方案。

2.1 系统架构

移动PCS是中国石化PCS系统体系架构中的一个重要组成部分，其系统架构设计要满足：（1）满足中国石化信息系统集成整合的要求，要按照“一切系统皆上云，一切开发上平台”的要求，避免重复建设和新的信息孤岛；（2）要符合PCS系统“361”体系架构，即：3个层级、6个模块、1个平台，实现三级联动、上下贯通、层层穿透。

2.2 内外网访问

移动PCS所涉及的报警处置、掌握指标运行情况、监控油气生产状态、日常工作安排、调度运行、各层级即时沟通等业务活动的业务数据都在中国石化内网中的PCS系统里进行采集、处理、应用，而移动PCS用户所使用的移动终端一般在智能通过4G网络接入公网，因此需要解决移动PCS的内外网访问与网络安全问题：（1）需要实现通过4G网络接入公网的移动终端访问部署在中国石化内网中的PCS数据服务；（2）在实现内外网访问的同时，需要有效的保护中国石化内部网络。

2.3 即时通讯

移动PCS要满足“工作信息随时共享、生产指令直达单兵、应急事件及时处置”的应用需求，就需要实现用户之间的即时通讯，建立一个涵盖各种通讯手段的交流平台：（1）需要实现即时通讯的基本功能：允许两人或多人使用网路即时的传递文字讯息、档案、语音与视频交流；（2）移动PCS的即时通讯需要是企业级的即时通讯，以高效、稳定和安全作为其研发的重点，尤其是对于企业生产信息的保密性、安全性要求；（3）需要实现移动PCS与PCS系统之间的即时通讯。

2.4 消息推送

移动PCS要满足“生产动态及时推送、生产指令直达单兵、应急事件及时处置”的应用需求，就需要实现生产信息、生产指令、报警信息的及时推送，同时要充分考虑信息的安全性、保密性：（1）实现PCS系统中生产信息、生产指令、报警信息得及时推送；（2）需要保证推送信息得安全性、保密性。

3 技术解决方案

以PCS系统体系架构为基础，按照中国石化“十三五”信息化发展规划的要求，经过充分的研究分析，就系统架构”、“内外网访问”、“即时通讯”、“消息推送”等4个方面提出如下技术方案。

3.1 系统架构技术方案

按照“一切系统皆上云，一切开发上平台”和PCS系统“361”体系架构的要求，经过细致的研究分析后，确定移动PCS的系统架构为：在PCS体系架构的基础上，基于微服务架构理念，基于元数据、组件化技术构建分布式应用服务，如图2所示。

通过实现移动PCS的微服务化，可以通过建立面对大用户量访问时的弹性扩充能力提高应用性能，建立支持应用功能和应用需求的不断扩充的支撑能力。基于微服务架构的公共服务设计，与油田统一云平台对接：其中用户中心、资源中心、流程中心、消息中心等公共服务建立在油田统一的云平台之上，并提供服务。

3.2 内外网访问技术方案

移动PCS既要实现内外网的数据交互，又要满足相关法律法规及中国石化关于信息系统安全管理相关制度规定，经过充分的研究与分析，确定采用中国石化云DMZ区来实现内外网的网络访问。中国石化云DMZ区提供了三种应用资源部署架构：第一种是应用（应用发布服务+数据库服务）全部对外应用发布区；第二种是对外应用发布区只部署应用发布服务，数据库在企业内网部署；第三种是应用在对外应用发布区和企业内网各部署一套应用服务和数据库服务，两套数据库间相互同步。根据移动PCS的需求，确定采用第二种：对外应用发布区只部署应用发布服务，数据库在企业内网部署，如图3所示。

3.3 即时通讯技术方案

移动PCS需要建设高效、稳定和安全的企业级即时通讯，以满足“工作信息随时共享、生产指令直达单兵、应急事件及时处置”的应用需求。移动PCS即时通讯的实现方案是通过在服务端建立一个一直在启动状态的线程，不断的从客户端（App）获取消息，收到消息后，进行类型和发送目标判断，以发送到群组或者单聊的方式，客户端收到消息后进行界面的展示。

移动PCS即时通讯实现的功能包含：（1）消息类型：文字、语音、图片、地理位置、文件、自定义消息等；（2）聊天方式：单聊、群聊；（3）平台支持：Android， Web 多平台互通；（4）用户维护：注册、登录、头像、用户其他信息；（5）群组维护：创建群组、加群、退群；（6）离线消息：可选择是否需要保存离线消息；（7）关系模式：有好友模式和无好友模式。

3.4 消息推送技术方案

移动PCS需要实现具有高安全性、保密性的消息推送功能，实现PCS系统中生产信息、生产指令、报警信息得及时推送。实现消息推送的主流方案有C2DM、轮询、SMS信令推送、MQTT协议、XMPP协议、使用第三方平台、自主搭建平台等，移动PCS的消息推送具备较高的功能和性能要求，同时对安全性要求非常高，因此選择自主搭建平台的方案。

移动PCS消息推送平台具有以下功能特点：（1）安全性高，基于RSA精简的加密握手协议，简单，高效，安全；（2）支持断线重连，及弱网下的快速重连，无网络下自动休眠节省电量和资源；（3）协议简洁，接口流畅，支持数据压缩，更加节省流量；（4）支持集群部署，支持负载均衡，基于成熟的zookeeper实现；（5）用户路由使用Redis集群，支持单写，双写，集群分组，性能好，可用性高；（6）支持http代理，一根TCP链接接管应用大部分请求，让http请求更加及时。

4 效益分析与评价

截止到2018上半年，移动版PCS目前已在中国石化集团胜利、西北、中原等油田部署和应用，注册用户数超过4000人，日在线人数达500人以上，为生产经营决策、生产运行和安全风险管控提供了高效的手段。通过应用移动版PCS，生产运行管理人员实现了单井效益区间监控和效益趋势预测，为科学制定下一步措施和配产方案，确保效益最优化。同期对比中国石化胜利油田的效益分析，平均吨油操作成本降低312元/吨、作业费用降低9.4亿元、年度耗电量降低4.1%利用移动版PCS和其他移动软件的协同应用，为中国石化上游板块实现“扁平化架构、科学化决策、市场化运行、专业化管理、社会化服务、效益化考核、信息化提升”创造了条件，有力支撑了胜利油田油公司体制机制建设，实现了劳动生产率的大幅提高。2017年，仅胜利油田通过PCS、移动版PCS及其他信息系统的深度应用，结合业务流程的梳理再造，就实现人力资源优化超过1.1万人，创效超亿元。利用移动版PCS实现了掌上安全管理，实现安全环保全业务管控、关键生产设施、重点施工环节视频全程监控，危化品运输GPS全程跟踪，应急事件可视化处置，员工在高压、噪音环境工作时间缩短，安全环保风险进一步降低。

5 结语

通过中国石化移动PCS的建设，将原有构建在“服务器+工作站”模式的油气生产指挥信息系统迁移到“云+端”模式的移动版模式，真正意义上实现了传统工艺技术与互联网技术的高度融合，对整个石油系统实现智能化开采管理起到示范作用，对国内外油气田智能化开采管理建设也提供了借鉴和参考。