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★北京力控元通科技有限公司

1　背景

石油工業(yè)是全球最重要的產(chǎn)業(yè)之一，涉及到石油的開(kāi)采、生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和銷(xiāo)售等方面，對(duì)我們的現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了巨大的影響。石油是全球最重要的能源之一，被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、電力生產(chǎn)、家庭供暖等領(lǐng)域。石油工業(yè)還具有地緣政治的重要意義，是世界各國(guó)重要的戰(zhàn)略資源之一，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)繁榮也具有很大的作用。隨著技術(shù)和管理的不斷創(chuàng)新，石油工業(yè)將發(fā)揮重要作用，為人類(lèi)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

國(guó)內(nèi)某油氣田公司隸屬于中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司，擁有礦權(quán)面積約10萬(wàn)平方千米，累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超4萬(wàn)億立方米，探明率約16%；歷年累產(chǎn)天然氣約5700億立方米，現(xiàn)具備年產(chǎn)能力400億立方米以上；擁有集輸和燃?xì)夤艿澜?萬(wàn)千米，年綜合輸配能力440億立方米。

該油氣田公司長(zhǎng)久以來(lái)原生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)采用國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，技術(shù)受制于人，存在較大的產(chǎn)業(yè)安全隱患。隨著公司管網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，井口、場(chǎng)站數(shù)量更多，分布范圍更廣，公司與二級(jí)單位、場(chǎng)站之間的實(shí)時(shí)通訊與調(diào)度面臨更大的數(shù)據(jù)接入挑戰(zhàn)，舊有的數(shù)據(jù)應(yīng)用方式、管理手段和管理模式已無(wú)法滿足新的管控需求，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)迭代升級(jí)工作迫在眉睫。

2　項(xiàng)目應(yīng)用

為響應(yīng)國(guó)家及集團(tuán)內(nèi)部的號(hào)召，敢于自我突破，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)核心數(shù)字資產(chǎn)自主可控。在不影響原有業(yè)務(wù)應(yīng)用的前提下，該油氣田公司和相關(guān)服務(wù)單位及力控科技合力打造生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)升級(jí)改造的方案。力控科技實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案幫助油氣田公司實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)的升級(jí)改造，從而保證油氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)自主可控、安全可靠。力控科技實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)現(xiàn)一線生產(chǎn)單元各類(lèi)生產(chǎn)、物聯(lián)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換以及分析。

（2）采用國(guó)產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace軟件平臺(tái)升級(jí)擴(kuò)容，新數(shù)據(jù)庫(kù)容量從原數(shù)據(jù)庫(kù)的20萬(wàn)點(diǎn)提升到50萬(wàn)點(diǎn)。

（3）數(shù)據(jù)質(zhì)量管理平臺(tái)有效解決二級(jí)單位、基層單位數(shù)據(jù)重復(fù)錄入問(wèn)題，位號(hào)不合規(guī)問(wèn)題和通訊監(jiān)控不及時(shí)問(wèn)題。

（4）發(fā)布油氣田公司上千張工藝流程圖，為上層40多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)提供各類(lèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

力控科技實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案通過(guò)調(diào)研油氣田公司現(xiàn)有國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用情況，為油氣田公司量身打造了基于國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace并配套數(shù)據(jù)質(zhì)量管理和設(shè)備資產(chǎn)管理的解決方案。針對(duì)該油氣田公司替代國(guó)外知名數(shù)據(jù)庫(kù)的需求，力控科技把主要著力點(diǎn)放在了原有系統(tǒng)評(píng)估、新數(shù)據(jù)庫(kù)評(píng)估以及如何實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)替代上面。項(xiàng)目具體實(shí)施情況如下：

（1）采用力控科技企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace作為數(shù)據(jù)庫(kù)核心。力控科技企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace具有高性能、高吞吐、跨平臺(tái)、分布式應(yīng)用、冗余容錯(cuò)機(jī)制、安全機(jī)制、驅(qū)動(dòng)豐富、數(shù)據(jù)服務(wù)接口齊全、級(jí)聯(lián)交互等特征，可提供數(shù)據(jù)計(jì)算、生產(chǎn)流程展示、高級(jí)報(bào)警分析、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理及資產(chǎn)模型管理等應(yīng)用擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控到調(diào)度管理的完美整合，可與工業(yè)云平臺(tái)無(wú)縫對(duì)接，極大地提高企業(yè)信息化決策的準(zhǔn)確性。油氣田公司為驗(yàn)證力控科技的能力，通過(guò)多次測(cè)評(píng)驗(yàn)證，最后一致認(rèn)可了力控科技企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace替代國(guó)外產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)的能力。

圖1 力控科技實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace架構(gòu)圖

（2）評(píng)估原有采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采集遷移。該油氣田公司在使用國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)這幾年，部分子公司做了多次升級(jí)改造，采集測(cè)點(diǎn)、設(shè)備、礦區(qū)都有所調(diào)整，同時(shí)因?yàn)闃I(yè)務(wù)需要，在辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)要匯聚多家兄弟單位的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這些都是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)不能滿足的采集需求。力控實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采用國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)原有采集方式交接了采集系統(tǒng)，并完成了原數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有匯聚的測(cè)點(diǎn)。將數(shù)據(jù)庫(kù)原來(lái)20萬(wàn)數(shù)據(jù)容量擴(kuò)充到pSpace的50萬(wàn)數(shù)據(jù)容量。

（3）為保證新庫(kù)歷史數(shù)據(jù)完整，解決原有歷史數(shù)據(jù)遷移問(wèn)題。為滿足數(shù)據(jù)完整性要求，在部署力控實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace后，需要把原有國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)中歷史數(shù)據(jù)通過(guò)遷移方式移至力控實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace中。在進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移過(guò)程中確保遷移數(shù)據(jù)的完整性及準(zhǔn)確性。本方案采用了力控科技自主研發(fā)的遷移方法，最終完成了原國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)從2013年到2022年9年歷史數(shù)據(jù)的遷移工作。遷移效果佳，原國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)一年的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間約為4T，經(jīng)過(guò)3天時(shí)間遷移到力控實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace中，且存儲(chǔ)空間大大降低到約1.2T，并且通過(guò)了客戶(hù)完整性和準(zhǔn)確性的驗(yàn)證。

（4）通過(guò)對(duì)原有流程畫(huà)面解析，避免重復(fù)工作量。為減少流程畫(huà)面工具切換后導(dǎo)致的工程量問(wèn)題，力控科技針對(duì)原國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)流程畫(huà)面進(jìn)行解析。針對(duì)線、多折線、多邊形、圓、文本、矩形等基本圖元以及閥門(mén)、電機(jī)、儀器儀表等系統(tǒng)圖元和圖元的條件動(dòng)畫(huà)、數(shù)據(jù)綁定進(jìn)行逐項(xiàng)分析，通過(guò)統(tǒng)一流程圖格式的方式實(shí)現(xiàn)流程畫(huà)面的遷移工作，遷移過(guò)程簡(jiǎn)單快捷，遷移后的流程圖畫(huà)面實(shí)現(xiàn)高保真性，并可進(jìn)行二次編輯和修改操作，滿足客戶(hù)個(gè)性化應(yīng)用需求。

（5）提供多種接口，解決原有第三方系統(tǒng)集成遷移問(wèn)題。該油氣田公司原有數(shù)據(jù)庫(kù)集成的第三方系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)約有30多個(gè)，主要應(yīng)用的接口方式為OPC、OPC HDA、OLEDB、JDBC；力控科技提供應(yīng)用接口為OPC、OPC UA、OPC HDA、ODBC、OLEDB、WebAPI、JDBC等多種方式，實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)屬性、用戶(hù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警、事件等信息的多維度查詢(xún)和訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)了原有第三方系統(tǒng)的全部接入并對(duì)部分接口進(jìn)行了升級(jí)，且并入其他原來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)未接入的第三方系統(tǒng)，共計(jì)40個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

（6）配套設(shè)備資產(chǎn)管理平臺(tái)。設(shè)備資產(chǎn)管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理人員更便捷地查看設(shè)備基礎(chǔ)信息、使用記錄、設(shè)備相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息，相關(guān)人員能更好地管理設(shè)備，了解設(shè)備全生命周期，掌控資產(chǎn)動(dòng)態(tài)，從而使得與設(shè)備資產(chǎn)相關(guān)的各種記錄實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化、無(wú)紙化、數(shù)據(jù)化，讓設(shè)備相關(guān)人員與設(shè)備緊緊相連，更加高效地進(jìn)行設(shè)備資產(chǎn)管理。

（7）配套數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理平臺(tái)。數(shù)據(jù)質(zhì)量管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的測(cè)點(diǎn)入庫(kù)前審核和入庫(kù)后管理，了解數(shù)據(jù)通訊是否正常，測(cè)點(diǎn)的增刪改是否合規(guī)，報(bào)警可以通過(guò)即時(shí)通通知相關(guān)人員。平臺(tái)可以定期形成操作日志供各級(jí)用戶(hù)查看。整個(gè)管理流程可以確保數(shù)據(jù)管理的合規(guī)性，同時(shí)形成閉環(huán)管理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量管理，數(shù)據(jù)鏈路各環(huán)節(jié)狀態(tài)監(jiān)視，質(zhì)量異常提醒及管理。

3　項(xiàng)目三大核心成果

整體項(xiàng)目在經(jīng)過(guò)近一年的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家鑒定，一致認(rèn)為依托該項(xiàng)目形成以下三個(gè)核心成果。

（1）工業(yè)時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)高效壓縮方法：組合應(yīng)用物理壓縮+邏輯壓縮算法，平衡壓縮能力、失真度、所需計(jì)算資源等要素，對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)值、數(shù)值獲取時(shí)間、質(zhì)量戳各元素分類(lèi)壓縮，采用標(biāo)識(shí)符代替法有效提升壓縮率，相較原始數(shù)據(jù)，降低磁盤(pán)空間占用90%。

（2）工業(yè)時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與查詢(xún)優(yōu)化方法：業(yè)務(wù)系統(tǒng)多、查詢(xún)壓力大、多樣化數(shù)據(jù)查詢(xún)需求，存儲(chǔ)和查詢(xún)效率直接影響用戶(hù)的體驗(yàn)。本項(xiàng)目采用B+Tree與LSM Tree組合索引結(jié)構(gòu)、分段存儲(chǔ)、分段壓縮，解決海量歷史歸檔寫(xiě)放大問(wèn)題，提高數(shù)據(jù)匯聚排序量，提高時(shí)序數(shù)據(jù)讀寫(xiě)支撐能力。

（3）分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)級(jí)聯(lián)鏡像傳輸方法：為保證生產(chǎn)網(wǎng)數(shù)據(jù)與辦公網(wǎng)數(shù)據(jù)的隔離與安全防護(hù)，該方案在生產(chǎn)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚后數(shù)據(jù)庫(kù)所有信息通過(guò)單向網(wǎng)閘向辦公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，滿足數(shù)據(jù)庫(kù)的級(jí)聯(lián)鏡像需求。平衡安全防護(hù)與傳輸效率優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、用戶(hù)、權(quán)限、位號(hào)等信息快速有效地傳輸?shù)睫k公網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4　項(xiàng)目意義

此次國(guó)產(chǎn)化替代的探索突破了長(zhǎng)久以來(lái)該油氣田公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)只能依賴(lài)國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品、關(guān)鍵技術(shù)受制于人的桎梏。國(guó)產(chǎn)化替代完成后，新數(shù)據(jù)庫(kù)容量從原數(shù)據(jù)庫(kù)的20萬(wàn)點(diǎn)提升至50萬(wàn)點(diǎn)，同時(shí)配套定制了數(shù)據(jù)入庫(kù)檢查、數(shù)據(jù)校對(duì)等數(shù)據(jù)質(zhì)量管理功能，設(shè)備臺(tái)賬、設(shè)備維護(hù)等設(shè)備資產(chǎn)管理功能，以及組態(tài)圖在線管理、數(shù)據(jù)可視化查詢(xún)、應(yīng)用服務(wù)發(fā)布等平臺(tái)資源管理功能。通過(guò)優(yōu)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)，節(jié)省了二級(jí)單位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件與服務(wù)器部署費(fèi)用162萬(wàn)元；通過(guò)優(yōu)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)減少運(yùn)維節(jié)點(diǎn)，每年可以節(jié)省運(yùn)維費(fèi)220余萬(wàn)元。該項(xiàng)目為公司提質(zhì)增效、增儲(chǔ)上產(chǎn)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐，為集團(tuán)公司打造“數(shù)字中國(guó)石油”開(kāi)辟了數(shù)據(jù)庫(kù)國(guó)產(chǎn)“試驗(yàn)田”。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年7月刊