萬(wàn)靜英，徐衛(wèi)中，陳 勤，徐軍楊，劉月馨，高偉中

(1.華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái) 317200;2.華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 310014)

0 引言

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)［1］RTDB(Real|Time Database)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，用于處理快速變化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及具有時(shí)間限制的事務(wù)處理.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有實(shí)時(shí)、高效、穩(wěn)定等特征，目前廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、冶金、交通等領(lǐng)域，是生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)、生產(chǎn)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)中心等不可或缺的基礎(chǔ)軟件.

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺(tái)縣棲霞鄉(xiāng)百丈村，距離杭州150 km.整個(gè)電站由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群等建筑物組成，總裝機(jī)容量為120萬(wàn)kW·h，包括4臺(tái)單機(jī)容量為30萬(wàn)kW·h的水輪水泵發(fā)電機(jī)，設(shè)計(jì)年均發(fā)電量為21億kW·h，于2006年投入運(yùn)行.

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，電站內(nèi)部署的輔助設(shè)備及其相關(guān)的信息化管理系統(tǒng)越來(lái)越多，在給電站工作人員增加使用便利的同時(shí)，也讓諸多輔助設(shè)備的管理和維護(hù)難度越來(lái)越高.針對(duì)這一現(xiàn)實(shí)情況，電站輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，它解決了電站內(nèi)各個(gè)輔助設(shè)備信息化管理系統(tǒng)的集成一體化問(wèn)題，降低了電站工作人員的日常管理和維護(hù)難度，提高了電站的安全性和可靠性.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為電站運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，在輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)中起到了非常重要的作用.

1 輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)介紹

輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)是為了能夠統(tǒng)一管理電站內(nèi)的各個(gè)輔助設(shè)備，它將各自獨(dú)立的輔助設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行了集成和整合，能夠在同一個(gè)平臺(tái)中顯示和操作安全生產(chǎn)部門所需的各個(gè)子系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù).整個(gè)輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)集成了上下庫(kù)閘門監(jiān)控子系統(tǒng)、圖像監(jiān)控子系統(tǒng)、地下廠房水淹廠房監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、主變油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、DTS系統(tǒng)、DIATECH系統(tǒng)和水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)等，其結(jié)構(gòu)框(見(jiàn)圖1).

圖1 輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖

輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)主要由2臺(tái)主機(jī)、2套服務(wù)器、1臺(tái)交換機(jī)、1套網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備及前端采集控制裝置等硬件設(shè)備組成，該平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D(見(jiàn)圖2).

2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用

2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇

目前國(guó)內(nèi)外比較流行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品［2］主要有OSIsoft公司的PI(Plant Information System)、Honeywell公司的 PHD(Process History Database)、Aspen-Tech公司的IP21(InfoPlus 21)等.在桐柏抽水蓄能電站輔助設(shè)備一體化平臺(tái)項(xiàng)目中選用的是OSIsoft公司的PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，它具有強(qiáng)大的時(shí)序數(shù)據(jù)管理能力，特別是其采用的旋轉(zhuǎn)門壓縮專利技術(shù)和二次過(guò)濾技術(shù)，使得存入其中的數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)了最有效的壓縮，可以存儲(chǔ)10年以上的歷史數(shù)據(jù)，極大地節(jié)省了硬盤空間，是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用的理想平臺(tái).

2.2 PI數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)

在輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)中，PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)源于各個(gè)輔助設(shè)備的數(shù)據(jù)采集終端.這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集之后存儲(chǔ)到相應(yīng)的輔助設(shè)備管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后再通過(guò)相應(yīng)的接口程序和以太網(wǎng)定時(shí)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到一體化平臺(tái)的PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而完成輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)對(duì)所有輔助設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取和整理［3］.在本項(xiàng)目中，整個(gè)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的配置結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3).

2.3 PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口

PI系統(tǒng)提供了 OPC、ODBC、PI|API等多種接口方式［4］，方便靈活.OPC(OLE for Process Control)接口是一個(gè)開(kāi)放性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以微軟的COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用C/S模式，使得不同的數(shù)據(jù)庫(kù)和不同的DCS(Distributed Control System)集散控制系統(tǒng)能夠以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行存取，但是效率較低.ODBC(Open Database Connector)接口是一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)訪問(wèn)方式，目前幾乎得到了所有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的支持，與具體的編程語(yǔ)言和操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)，具有很大的獨(dú)立性和開(kāi)放性，不過(guò)在PI系統(tǒng)中使用ODBC接口有較多限制.PI|API接口是PI系統(tǒng)自身的API，訪問(wèn)效率高，功能強(qiáng)大.因此在本項(xiàng)目中，選用的是PI|API接口訪問(wèn)方式［5］.

PI系統(tǒng)采用了二次過(guò)濾的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，其中第一次壓縮在接口程序中完成.當(dāng)接口程序每次接收到的數(shù)據(jù)變化很小時(shí)，數(shù)據(jù)就被過(guò)濾掉不發(fā)送給PI服務(wù)器，減少網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷.當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行離線數(shù)據(jù)備份或發(fā)生故障時(shí)，PI|API接口程序而已將采集到的數(shù)據(jù)保存在緩存和本地硬盤上，并不斷的向PI服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，直到后者響應(yīng)成功后將相關(guān)數(shù)據(jù)添加到PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以確保數(shù)據(jù)的完整和延續(xù)性.

圖2 輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖3 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖

在使用PI|API編寫(xiě)接口程序進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作時(shí)，需要經(jīng)過(guò)四個(gè)步驟:(1)使用piut_setservernode()函數(shù)設(shè)置PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器名稱;(2)使用piut_login()函數(shù)登錄PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器;(3)使用pipt_findpoint()函數(shù)獲取測(cè)點(diǎn)(Tag)的序號(hào)(point number);4)使用pisn_putsnapshots()函數(shù)成組的寫(xiě)入數(shù)據(jù).

2.4 基于PI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一種基于C/S模式的模塊化軟件系統(tǒng)，主要分為服務(wù)器端模塊和客戶端模塊.統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能主要由客戶端模塊的PI|Process-Book(簡(jiǎn)稱PI|PB)來(lái)實(shí)現(xiàn)，PI|PB以流程圖和趨勢(shì)圖的方式組織和顯示來(lái)自PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，支持TCP/IP協(xié)議，通過(guò)PI|API函數(shù)與PI數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)通信.除此之外，還可以使用另外一種更加簡(jiǎn)易的客戶端模塊PI|DataLink來(lái)訪問(wèn)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，像使用普通的Excel軟件一樣來(lái)對(duì)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、繪制報(bào)表.

3 數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是20世紀(jì)60年代開(kāi)始興起的一種信息管理自動(dòng)化的軟件技術(shù).數(shù)據(jù)模型［6］是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，從總體上講，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)經(jīng)歷了三代的演變:第一代是網(wǎng)狀和層次型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，比如IBM公司于1969年推出的IMS(Information Management System)數(shù)據(jù)庫(kù);第二代是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，關(guān)系模型具有簡(jiǎn)單、清晰的優(yōu)點(diǎn)，比如著名的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL;第三代是以面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型為特征的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)模型更加豐富，數(shù)據(jù)管理功能更加強(qiáng)大，比如開(kāi)源的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)db4o.

目前數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在與多學(xué)科技術(shù)的有機(jī)結(jié)合和面向?qū)ｉT應(yīng)用領(lǐng)域兩個(gè)方向發(fā)展較快.計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域新技術(shù)和新概念(比如XML數(shù)據(jù)管理［7］、數(shù)據(jù)流管理、Web數(shù)據(jù)集成［8］、數(shù)據(jù)挖掘等)對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)產(chǎn)生了重大的影響，出現(xiàn)了一系列新型的數(shù)據(jù)庫(kù)，比如分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、并行數(shù)據(jù)庫(kù)、演繹數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體庫(kù)、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)等.面向?qū)ｉT領(lǐng)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和微小型數(shù)據(jù)庫(kù)這些年更是得到了長(zhǎng)足的發(fā)展.如上文所述，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主要是處理快速變化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及具有時(shí)間限制的事務(wù)處理，面向電力、石油化工、冶金等工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域.這種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有測(cè)點(diǎn)數(shù)量多、存儲(chǔ)量大、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)由于數(shù)據(jù)插入速度緩慢、維護(hù)困難、時(shí)效性差等缺點(diǎn)很難處理工業(yè)控制領(lǐng)域的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù).微小型數(shù)據(jù)庫(kù)［9］是指只需要很小的內(nèi)存來(lái)支持的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)核，占用的內(nèi)存空間只有50kB左右，可以方便的集成到各種智能型嵌入式設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備上，在工業(yè)控制領(lǐng)域的下位機(jī)中也有廣泛使用，比如著名的開(kāi)源嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite.除此之外，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)NoSQL在超大規(guī)模和高并發(fā)的SNS類型Web2.0純動(dòng)態(tài)網(wǎng)站上發(fā)展非常迅速，NoSQL能夠很好地處理數(shù)據(jù)庫(kù)高并發(fā)讀寫(xiě)、海量數(shù)據(jù)的高效率存儲(chǔ)和訪問(wèn)、數(shù)據(jù)庫(kù)的高擴(kuò)展性和高可用性等需求.

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹桐柏抽水蓄能電站的輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)項(xiàng)目情況，描述了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)PI在一體化平臺(tái)中的部署和使用情況.目前該輔助系統(tǒng)一體化平臺(tái)項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、驗(yàn)收和移交，投入了正常運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定良好，為桐柏抽水蓄能電站的生產(chǎn)、管理和決策提供了大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，提升了電站整體的信息化管理水平.

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