利用消息代理等技术实施管控一体化企业应用集成

lihuolin958

　　国内目前已建成的距离最长、口径最大，压力最高、所经地区最为复杂和自动化程度最高的陕甘宁至北京大然气长输管道(简称“陕京管道”)于1997年正式投产。为保障向北京市等用户单位安全、平稳和高效供气，中国石油股份有限公司(简称“中国石油”)要求其控股子公司，也就是该条管道的运营单位北京华油天然气有限责任公司(简称“华油天然气”)，瞄准国际先进水平积极为中国天然气长输管道的设计、施工以及运行积累经验。

　　为此，华油天然气开展了大量的基础工作，其中包括积极推广信息技术应用，通过总体规划等一系列活动，持续致力于建立、丰富和完善这个现代管理必不可少的支撑。除了建设覆盖全业务范围的企业网络及安全设施以外，先后建成用于工业监视与控制的数据采集与监控(SCADA)系统、办公自动化(OA)系统、财务管理系统、视频系统、用于设备维护维修和技术改造的企业资产管理(EAM)系统和企业信息门户(EIP) 。另外，还正在建设用于管道风险评估和完整性管理的地理信息系统(GIS)。对华油天然气这样一个单一开展输送生产业务的中国石油地区公司，土业过程监控数据显然是企业所有数据资源的基础和关注焦点，从而SCADA系统和其他业务信息系统的数据集成也就成为影响企业深入管理、提高、现代化管理水平的关键点。

　　1 以SCADA系统为基础进行应用集成的迫切性和必要性

　　1.1 市场环境的变化

　　对长输管道运营企业而言，SCADA系统实时采集并存储的大量工艺和质量数据是各部门开展业务的基础，在欧美天然气管道输送行业充分发展的地区，这些数据甚至是决定一个企业能否长期生存的根本，将被直接用来进行每天甚至每小时的交易。在当今网上贸易盛行的时代，飞速发展的国内天然气行业也正在积极探索管理新思路以满足市场化的需求。显然，管理和工业监控应用的一体化是上至一个国家、地区的市场机制完善，下至一个企业的管理发展到一定阶段对信息技术应用提出的一项必然需求，是安全生产、实现利润最大化的基础。SCADA系统不再是管道运营管理信息技术的全部，而只是整个应用的一个重要部分。

　　1.2 业务外延的拓展

　　华油天然气现有100名员工，在管理几十亿资产的同时，每年都在持续开展基础建设工作，目前正在进行陕甘宁至北京第二条管道(简称“陕京二线”)的建设。其业务在4省2市之间呈线性分布，大多数管理和技术人员都频繁地往返于2000多km生产现场和施工现场之间，不同岗位角色的办公地点不再固定，客户端的环境和配置不再重要，一个信息孤岛中的局部资源已不足以支待业务的开展，要求跨平台、跨办公室、跨区间和移动办公。

　　1.3 应用集成的迫切性和必要性

　　不断的信息交流成为管理趋势，运营管理系统与SCADA系统之间不断方便、快捷而有效地进行数据交换成了迫切需要。每位员工也许都需要所有应用系统的某一部分数据，不同之处只是每个岗位需要掌握的信息重点不一样。一方面管理需要SCADA系统的数据，另一方面，作为原SCADA系统的主要要使用者——调度管理人员，在直接指挥生产活动时，需要及时掌握其他业务系统的信息，以便及时准确地实施复杂管网的生产调配和安全控制。单靠监控SCADA数据，而没有管理信息系统的支持，已经很难进行现场作业的全面指挥。例如，当某台关键设施发生故障导致输气量变化时，调度管理人员可以通过与之关联的GIS系统查到现场的地理信息，同时通过EAM系统了解到设备的维护办法、周期及负责人等情况，从而在最短时间内形成一个成熟而正确的调度解决方案，不再需要派遣维护人员立即赶赴现场进行现场勘查、调研和口头报告。

　　2 应用集成现状和存在的问题

　　2.1 应用现状

　　华油天然气原SCADA系统与管线于1997年同步建成，采用客户/服务器(C/S)模式，大量管理数据的获取或报表的生成通过开放数据库互联(ODBC)自动实现，一台位于SCADA局域网的个人计算机专门负责定时从SCADA数据库中提取每日所需的实时数据和历史数据，并自动生成Excel表格。

　　业务管理系统大都在近几年陆续建成，从维护和移动应用方便等角度考虑，普遍采用了浏览器/服务器(B/S)模式。多个业务应用系统之间，如EAM(美国MRO公司的Maximo 5.1)、OA(Lotus Notes)、企业信息门户(Microsoft)和移动短信平台之间已经通过标准开放的API接口或嵌套等方式实现共享。在与SCADA系统进行实时数据交换的过程中，例如，EAM系统一方面提供开放的标准接口;另一方面采取了如下的临时解决方案获得主要的SCADA数据：利用浏览器获取前述个人计算机定时生成的Excel表格中的数据(这当然需要SCADA一端采用手工或自动定时的方式将数据发布出来)，再将该表中的数据存放到EAM自身的数据库中，以便于EAM或其他信息系统查询检索或为报表生成器产生其他报表时用。

　　2.2 存在的问题

　　在强调安全生产的大前提下，SCADA系统是生产控制与管理的基础，技术上应尽量避免潜在的安全漏洞和威胁。显然，在前述应用接口条件下，数据安全和方便高效是一对明显的矛盾，缺乏可靠保障。在没有足够的网络安全防范机制下，按照传统做法，一个企业往往会将SCADA与管理办公网进行物理隔离，一般不将SCADA所在的局域网直接对企业办公网开放。但是，如果不直接连接，系统应用之间将无法自动及时获取数据，很难实现SCADA系统与其他应用系统之间的动态数据交换。

　　企业应用集成可以从2个层面考虑：一个是数据库层面结合，另外一个是用户操作应用层面的整合。虽然华油天然气已建成软件用户层面的集成平台—企业信息门户，但是由于原SCADA系统采用了C/S架构，而且基于安全考虑,SCADA局域网和企业网之间数据是从前者到后者的单向传输，还是很难在客户端实现灵活、直观而高度的SCADA数据应用集成，致使生产调度和设备技术维护在用户操作界面上单一，“两张皮”，无法紧密结合。

　　3 应用集成的解决方案

　　3.1 信息技术应用架构

　　通过国际和国内广泛的调查研究和技术交流，在借鉴技术服务商、咨询顾问公司和最终用户等多方面先进经验的基础上，华油天然气认为，在长输天然气管道运营企业中建立如图1所示的信息技术应用架构，基本上可以满足现代长输管道企业管理的需求。

　　3.2 应用集成需求特点

　　从图1不难看出，在一个企业对信息技术的综合应用中，企业应用集成(EAI)与网络基础设施、网络安全以及数据仓库等同等重要，是需要采用的一项基本技术。对此，美国Gartner Group公司早在1996年就曾这样预言。通过不同层面的集成，可以有效实现单个业务系统的互联，真正做到信息共享。而且，根据Gartner Gmup调查统计显示，在企业信息技术的开发应用过程中，大概有30%～40%的费用都浪费在开发和维护与企业业务无关的各种数据接口上。伴随各种技术平台的推陈出新，应用集成的难度还在不断加大。

　　

　　图1 信息技术应用架构

　　为了切实选用合适的技术，首先必须就信息技术应用特点进行分析。基于对华油天然气现有应用系统的考虑，主要有如下一些技术特点：

　　(1)应用系统及其软硬件技术实现形式多样化，分别基于Solaris、SCO UNIX、Windows等不同的操作系统;

　　(2)存在广泛分布的多个异构数据库和多个数据源;

　　(3)应用系统之间需交换的数据处理量较大;

　　(4)数据集成需求持续变化，由于业务不断地快速发展，包括SCADA、EAM系统和GIS在内的各系统都一直在扩容和升级;

　　(5)服务器模式和浏览器/服务器模式共存。

　　另外，中国石油的业务管理系统以及这些软件对各地区公司的数据交换需求愈来愈多，因此数据的传递不仅仅是在一个企业网的内部。而且，对SCADA等生产基础数据的传递要求长期稳定、安全和可靠。

　　3.3 集成技术的选择

　　结合多种技术手段论证比较后，基于消息代理机制的如下一些突出特点，最后决定采用该项基于构建的中间件技术，实现SCADA和EAM等系统之间的集成，初步实现工业控制和生产管理的一体化。

　　消息代理中间件构成类似于连接各个应用系统的一个软件集线器，这种方式可以避免点对点应用接口集成时的高复杂度、大投人，可以有效减少应用系统接口的数量，降低技术依赖性，提高集成实现方式的灵活性。其特点是：代理引擎多点分布，但可单点维护，易于管理;能够方便地构造数据转换、校验、翻译和条件逻辑，灵活度高。而且，可以高效地传递各应用之间的消息，提供与各种数据资源的接口，具备并发的数据转换及消息处理能力，具备对称、非对称加/解密安全机制，从而保障消息传输中的保密性;具备商务逻辑开发能力，支持流管理、智能化处理，可以适应由多样的业务处理逻辑带来的不同应用间、应用与人之间交互时的复杂度;可以构造一个基于消息的代理框架，通过API适配器以及包装程序等适应业务逻辑、组织机构的变化，一个应用的变化不影响其他接口，最大程度地减少对既有应用的修改;能够在不同的硬件平台、数据库、消息格式和通信协议之间为企业应用集成提供数据的递送、收集、翻译、过滤、映射和路由等功能，提供应用到应用之间的高效、便捷的通信能力。

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