水電廠實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)計(jì)與管理

蘇 潔

（緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

2007年，緊水灘電廠建成了實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在美國(guó)OSIsoft公司推出的PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上建成的。通過(guò)部署在接口服務(wù)器上的應(yīng)用程序，將計(jì)算機(jī)監(jiān)控、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)、大壩在線監(jiān)測(cè)、機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、繼電保護(hù)在線監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)將基于這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用發(fā)布在PI Web服務(wù)器中。實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)作為管理和生產(chǎn)系統(tǒng)的橋梁，其價(jià)值正隨著應(yīng)用的不斷豐富而日益得到提升。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)要求

1.1 數(shù)據(jù)安全性

作為實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，首先應(yīng)確保數(shù)據(jù)的安全。PI數(shù)據(jù)服務(wù)器采用集群方式，可防止因數(shù)據(jù)服務(wù)器硬件問(wèn)題而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

1.2 適用性

由于生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅱ區(qū)）和管理信息區(qū)（Ⅲ區(qū)）之間存在物理隔離裝置，如果隔離裝置變更，則相應(yīng)的發(fā)送接口程序都有可能需要改動(dòng)，存在一定局限性。因此考慮先將生產(chǎn)控制區(qū)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集到Ⅱ區(qū)的PI接口服務(wù)器上，然后通過(guò)統(tǒng)一的接口穿過(guò)隔離裝置，將數(shù)據(jù)發(fā)送到Ⅲ區(qū)的PI接口服務(wù)器。這樣即使今后隔離裝置變更，也只需更改一個(gè)接口程序，適用性較高。

2 接口設(shè)計(jì)要求

接口設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足接入數(shù)據(jù)的正確性、完整性和實(shí)時(shí)性，以及接口的穩(wěn)定性、維護(hù)的便捷性等要求。

（1）PI測(cè)點(diǎn)自動(dòng)維護(hù)：PI接口應(yīng)用程序應(yīng)能根據(jù)在線系統(tǒng)發(fā)出的信息自動(dòng)創(chuàng)建、修改和刪除PI測(cè)點(diǎn)。

（2）數(shù)據(jù)召喚：通過(guò)數(shù)據(jù)召喚功能實(shí)現(xiàn)因特殊原因?qū)е孪到y(tǒng)非正常運(yùn)行后的數(shù)據(jù)補(bǔ)招。

（3）數(shù)據(jù)緩存：當(dāng)PI服務(wù)器發(fā)生故障或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，PI接口程序應(yīng)能繼續(xù)工作，并將采集到的數(shù)據(jù)先保存在內(nèi)存緩沖區(qū)中，然后再保存到本地硬盤(pán)上。PI接口程序不斷地檢測(cè)PI服務(wù)器和PI數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)，一旦PI服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，PI接口程序可以將數(shù)據(jù)及時(shí)補(bǔ)送回PI服務(wù)器中，以確保數(shù)據(jù)不丟失。

（4）多協(xié)議支持：因?yàn)镻I數(shù)據(jù)庫(kù)需接入多種數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，針對(duì)不同系統(tǒng)可以采用不同的協(xié)議來(lái)接入數(shù)據(jù)，例如基于TCP、FTP的私有協(xié)議，IEC 61970 CIS接口，101（104）規(guī)約，甚至從數(shù)據(jù)庫(kù)直接讀取。

（5）效率：數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫(kù)過(guò)程中的瓶頸主要是寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的效率。為了提高效率，應(yīng)采用批量寫(xiě)入數(shù)據(jù)的方法。

3 目前的系統(tǒng)架構(gòu)

基于上述設(shè)計(jì)原則，緊水灘電廠的PI數(shù)據(jù)服務(wù)器采用集群方式，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在磁盤(pán)陣列中，數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一接入方式。Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)通過(guò)正向物理隔離裝置通信。Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)向Ⅱ區(qū)PI接口服務(wù)器發(fā)送，并通過(guò)隔離裝置向Ⅲ區(qū)的PI接口服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)；Ⅲ區(qū)的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到Ⅲ區(qū)的PI接口服務(wù)器，由接口服務(wù)器向PI數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)分成數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)寫(xiě)入子系統(tǒng)兩部分，分別完成與數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的通信以及數(shù)據(jù)解析和持久寫(xiě)入等功能。數(shù)據(jù)傳輸采用“變化發(fā)送”的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)制，有效過(guò)濾不變化或變化不大的數(shù)據(jù)。

針對(duì)某些因特殊原因?qū)е聰?shù)據(jù)接收不正?；驍?shù)據(jù)無(wú)法寫(xiě)入到PI數(shù)據(jù)庫(kù)的情況，設(shè)置了數(shù)據(jù)緩存功能，從而保證數(shù)據(jù)的完整性。緩存數(shù)據(jù)按接收的順序排列，當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)緩存器后，系統(tǒng)通過(guò)回調(diào)方式調(diào)用數(shù)據(jù)寫(xiě)入子系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)。同時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)同步機(jī)制，在以下幾種情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)同步：

（1）首次通信，初始化同步數(shù)據(jù)。

（2）發(fā)送系統(tǒng)故障重啟后，由發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送一次全數(shù)據(jù)。

（3）接收系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)召喚的方式進(jìn)行人工數(shù)據(jù)同步。

由于通信原因造成的數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，可由數(shù)據(jù)發(fā)送方采取相應(yīng)措施來(lái)保證數(shù)據(jù)的再次送達(dá)，例如由發(fā)送系統(tǒng)緩存未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)等。

4 系統(tǒng)日常管理

4.1 服務(wù)器運(yùn)行狀況監(jiān)視

由于PI系統(tǒng)服務(wù)器較多，運(yùn)行維護(hù)人員要分別登錄到每臺(tái)服務(wù)器上查看CPU、內(nèi)存和硬盤(pán)使用率等信息，工作較繁瑣且容易出錯(cuò)。為此利用PI SNMP接口，通過(guò)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議獲取PI服務(wù)器的性能信息，并將這些信息以數(shù)據(jù)形式存入已創(chuàng)建在PI數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)測(cè)點(diǎn)，對(duì)這些數(shù)據(jù)計(jì)算后即可獲得服務(wù)器設(shè)備的相關(guān)信息。目前已經(jīng)接入的服務(wù)器包括PI數(shù)據(jù)服務(wù)器、PI接口服務(wù)器及PI Web服務(wù)器。監(jiān)視內(nèi)容有PI服務(wù)器是否運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)連接是否正常、服務(wù)器運(yùn)行負(fù)載是否正常等。監(jiān)視畫(huà)面示例見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 系統(tǒng)性能監(jiān)視圖

圖3 服務(wù)器系統(tǒng)性能

4.2 PI數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行狀況監(jiān)視

通過(guò)系統(tǒng)管理工具SMT查看PI數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行情況，監(jiān)視內(nèi)容包括PI數(shù)據(jù)庫(kù)是否運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)通信是否正常、PI數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行負(fù)載/增量情況。PI數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行負(fù)載情況可通過(guò)測(cè)點(diǎn)使用率（已用/未用）、歸檔文件切換速率等參數(shù)來(lái)衡量。判斷PI數(shù)據(jù)庫(kù)是否運(yùn)行的依據(jù)是PI Server主要服務(wù)的啟用情況和PI Server進(jìn)程的運(yùn)行情況。判斷網(wǎng)絡(luò)通信是否正常的依據(jù)是服務(wù)器5450端口的連通情況。歸檔文件監(jiān)測(cè)包括歸檔文件的大小、已滿(mǎn)歸檔文件數(shù)、空閑歸檔文件數(shù)等。

4.3 PI數(shù)據(jù)監(jiān)視

PI數(shù)據(jù)監(jiān)視內(nèi)容主要是通過(guò)監(jiān)視典型測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)掌握數(shù)據(jù)接口的運(yùn)行情況和PI數(shù)據(jù)寫(xiě)入延遲情況。

4.4 PI數(shù)據(jù)備份

對(duì)PI數(shù)據(jù)的備份主要采用兩種方式，一種是在命令提示符下執(zhí)行pibackupcluster.bat命令，將PI數(shù)據(jù)庫(kù)中測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息、數(shù)據(jù)檔案以及日志文件分別備份到指定目錄下。另一種方式是利用Veritas備份系統(tǒng)的文件備份功能，在線備份數(shù)據(jù)目錄下的文件，將數(shù)據(jù)存放在磁帶中。

5 結(jié)語(yǔ)

PI系統(tǒng)平臺(tái)自2007年投入運(yùn)行以來(lái)，總體運(yùn)行情況良好。但由于PI接口服務(wù)器沒(méi)有熱備用，在PI接口程序運(yùn)行出錯(cuò)及PI接口服務(wù)器硬件有問(wèn)題時(shí)，仍會(huì)導(dǎo)致緩存數(shù)據(jù)丟失。

隨著接入PI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)日益增加和應(yīng)用的不斷深化，應(yīng)針對(duì)PI系統(tǒng)存在的問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化PI系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)，并加強(qiáng)PI系統(tǒng)的運(yùn)維管理，確保PI系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。