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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，涉及到石油的開采、生產(chǎn)、存儲、運輸和銷售等方面，對我們的現(xiàn)代社會和經(jīng)濟產(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，是世界各國重要的戰(zhàn)略資源之一，對現(xiàn)代社會的發(fā)展和經(jīng)濟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，為人類社會的持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

國內(nèi)某油氣田公司隸屬于中國石油天然氣集團有限公司，擁有礦權(quán)面積約10萬平方千米，累計探明天然氣地質(zhì)儲量超4萬億立方米，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；擁有集輸和燃氣管道近7萬千米，年綜合輸配能力440億立方米。

該油氣田公司長久以來原生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺采用國外數(shù)據(jù)庫產(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)模不斷擴大，井口、場站數(shù)量更多，分布范圍更廣，公司與二級單位、場站之間的實時通訊與調(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法滿足新的管控需求，實時數(shù)據(jù)庫迭代升級工作迫在眉睫。

2　項目應(yīng)用

為響應(yīng)國家及集團內(nèi)部的號召，敢于自我突破，實現(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)平臺升級改造的方案。力控科技實時數(shù)據(jù)庫解決方案幫助油氣田公司實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的升級改造，從而保證油氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)自主可控、安全可靠。力控科技實時數(shù)據(jù)庫解決方案幫助企業(yè)實現(xiàn)以下功能：

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

（2）采用國產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫pSpace軟件平臺升級擴容，新數(shù)據(jù)庫容量從原數(shù)據(jù)庫的20萬點提升到50萬點。

（3）數(shù)據(jù)質(zhì)量管理平臺有效解決二級單位、基層單位數(shù)據(jù)重復(fù)錄入問題，位號不合規(guī)問題和通訊監(jiān)控不及時問題。

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

力控科技實時數(shù)據(jù)庫解決方案通過調(diào)研油氣田公司現(xiàn)有國外數(shù)據(jù)庫應(yīng)用情況，為油氣田公司量身打造了基于國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫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。針對該油氣田公司替代國外知名數(shù)據(jù)庫的需求，力控科技把主要著力點放在了原有系統(tǒng)評估、新數(shù)據(jù)庫評估以及如何實現(xiàn)平穩(wěn)替代上面。項目具體實施情況如下：

（1）采用力控科技企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace作為數(shù)據(jù)庫核心。力控科技企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace具有高性能、高吞吐、跨平臺、分布式應(yīng)用、冗余容錯機制、安全機制、驅(qū)動豐富、數(shù)據(jù)服務(wù)接口齊全、級聯(lián)交互等特征，可提供數(shù)據(jù)計算、生產(chǎn)流程展示、高級報警分析、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理及資產(chǎn)模型管理等應(yīng)用擴展，實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控到調(diào)度管理的完美整合，可與工業(yè)云平臺無縫對接，極大地提高企業(yè)信息化決策的準確性。油氣田公司為驗證力控科技的能力，通過多次測評驗證，最后一致認可了力控科技企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace替代國外產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的能力。

圖1 力控科技實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace架構(gòu)圖

（2）評估原有采集系統(tǒng)實現(xiàn)采集遷移。該油氣田公司在使用國外數(shù)據(jù)庫這幾年，部分子公司做了多次升級改造，采集測點、設(shè)備、礦區(qū)都有所調(diào)整，同時因為業(yè)務(wù)需要，在辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫要匯聚多家兄弟單位的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這些都是當前數(shù)據(jù)庫已經(jīng)不能滿足的采集需求。力控實時歷史數(shù)據(jù)庫采用國外數(shù)據(jù)庫原有采集方式交接了采集系統(tǒng)，并完成了原數(shù)據(jù)庫沒有匯聚的測點。將數(shù)據(jù)庫原來20萬數(shù)據(jù)容量擴充到pSpace的50萬數(shù)據(jù)容量。

（3）為保證新庫歷史數(shù)據(jù)完整，解決原有歷史數(shù)據(jù)遷移問題。為滿足數(shù)據(jù)完整性要求，在部署力控實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace后，需要把原有國外數(shù)據(jù)庫中歷史數(shù)據(jù)通過遷移方式移至力控實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace中。在進行數(shù)據(jù)遷移過程中確保遷移數(shù)據(jù)的完整性及準確性。本方案采用了力控科技自主研發(fā)的遷移方法，最終完成了原國外數(shù)據(jù)庫從2013年到2022年9年歷史數(shù)據(jù)的遷移工作。遷移效果佳，原國外數(shù)據(jù)庫一年的歷史數(shù)據(jù)存儲空間約為4T，經(jīng)過3天時間遷移到力控實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace中，且存儲空間大大降低到約1.2T，并且通過了客戶完整性和準確性的驗證。

（4）通過對原有流程畫面解析，避免重復(fù)工作量。為減少流程畫面工具切換后導(dǎo)致的工程量問題，力控科技針對原國外數(shù)據(jù)庫流程畫面進行解析。針對線、多折線、多邊形、圓、文本、矩形等基本圖元以及閥門、電機、儀器儀表等系統(tǒng)圖元和圖元的條件動畫、數(shù)據(jù)綁定進行逐項分析，通過統(tǒng)一流程圖格式的方式實現(xiàn)流程畫面的遷移工作，遷移過程簡單快捷，遷移后的流程圖畫面實現(xiàn)高保真性，并可進行二次編輯和修改操作，滿足客戶個性化應(yīng)用需求。

（5）提供多種接口，解決原有第三方系統(tǒng)集成遷移問題。該油氣田公司原有數(shù)據(jù)庫集成的第三方系統(tǒng)統(tǒng)計約有30多個，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，實現(xiàn)測點屬性、用戶、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警、事件等信息的多維度查詢和訪問，實現(xiàn)了原有第三方系統(tǒng)的全部接入并對部分接口進行了升級，且并入其他原來數(shù)據(jù)庫未接入的第三方系統(tǒng)，共計40個業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

（6）配套設(shè)備資產(chǎn)管理平臺。設(shè)備資產(chǎn)管理平臺可實現(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)的實時數(shù)據(jù)以及報警信息，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)動態(tài)，從而使得與設(shè)備資產(chǎn)相關(guān)的各種記錄實現(xiàn)計算機化、無紙化、數(shù)據(jù)化，讓設(shè)備相關(guān)人員與設(shè)備緊緊相連，更加高效地進行設(shè)備資產(chǎn)管理。

（7）配套數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理平臺。數(shù)據(jù)質(zhì)量管理平臺可實現(xiàn)用戶的測點入庫前審核和入庫后管理，了解數(shù)據(jù)通訊是否正常，測點的增刪改是否合規(guī)，報警可以通過即時通通知相關(guān)人員。平臺可以定期形成操作日志供各級用戶查看。整個管理流程可以確保數(shù)據(jù)管理的合規(guī)性，同時形成閉環(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　項目三大核心成果

整體項目在經(jīng)過近一年的生產(chǎn)現(xiàn)場運行測試，經(jīng)過專家鑒定，一致認為依托該項目形成以下三個核心成果。

（1）工業(yè)時序數(shù)據(jù)庫高效壓縮方法：組合應(yīng)用物理壓縮+邏輯壓縮算法，平衡壓縮能力、失真度、所需計算資源等要素，對時序數(shù)據(jù)值、數(shù)值獲取時間、質(zhì)量戳各元素分類壓縮，采用標識符代替法有效提升壓縮率，相較原始數(shù)據(jù)，降低磁盤空間占用90%。

（2）工業(yè)時序數(shù)據(jù)庫存儲與查詢優(yōu)化方法：業(yè)務(wù)系統(tǒng)多、查詢壓力大、多樣化數(shù)據(jù)查詢需求，存儲和查詢效率直接影響用戶的體驗。本項目采用B+Tree與LSM Tree組合索引結(jié)構(gòu)、分段存儲、分段壓縮，解決海量歷史歸檔寫放大問題，提高數(shù)據(jù)匯聚排序量，提高時序數(shù)據(jù)讀寫支撐能力。

（3）分布式實時數(shù)據(jù)庫級聯(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，該方案在生產(chǎn)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)匯聚后數(shù)據(jù)庫所有信息通過單向網(wǎng)閘向辦公網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，滿足數(shù)據(jù)庫的級聯(lián)鏡像需求。平衡安全防護與傳輸效率優(yōu)化，實現(xiàn)生產(chǎn)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫存儲的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、用戶、權(quán)限、位號等信息快速有效地傳輸?shù)睫k公網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中。

4　項目意義

此次國產(chǎn)化替代的探索突破了長久以來該油氣田公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺只能依賴國外數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品、關(guān)鍵技術(shù)受制于人的桎梏。國產(chǎn)化替代完成后，新數(shù)據(jù)庫容量從原數(shù)據(jù)庫的20萬點提升至50萬點，同時配套定制了數(shù)據(jù)入庫檢查、數(shù)據(jù)校對等數(shù)據(jù)質(zhì)量管理功能，設(shè)備臺賬、設(shè)備維護等設(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、應(yīng)用服務(wù)發(fā)布等平臺資源管理功能。通過優(yōu)化實時數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)，節(jié)省了二級單位實時數(shù)據(jù)庫軟件與服務(wù)器部署費用162萬元；通過優(yōu)化實時數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)減少運維節(jié)點，每年可以節(jié)省運維費220余萬元。該項目為公司提質(zhì)增效、增儲上產(chǎn)提供強大的數(shù)據(jù)支撐，為集團公司打造“數(shù)字中國石油”開辟了數(shù)據(jù)庫國產(chǎn)“試驗田”。

摘自《自動化博覽》2023年7月刊