基于實時數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)實現(xiàn)

田甜

(華電章丘發(fā)電有限公司，濟南 250216)

0 引言

作為發(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)的基礎(chǔ)系統(tǒng)——實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是發(fā)電廠生產(chǎn)控制層與管理信息層數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，同時也是基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)平臺。隨著無線傳輸、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘、并行計算等技術(shù)的迅速發(fā)展，基于歷史、實時數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析、故障診斷、設(shè)備可靠性分析及狀態(tài)預警等多種應用系統(tǒng)如春筍般涌現(xiàn)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)應用水平得到了突飛猛進的發(fā)展，導致發(fā)電企業(yè)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重要程度逐步提高。

本文主要立足于發(fā)電廠實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，介紹在研究單位已有系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進行完善和優(yōu)化，搭建狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)運維人員基于主動式運維，提高實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和應用的可靠性，保證電廠側(cè)、集團側(cè)業(yè)務(wù)應用人員對改進生產(chǎn)數(shù)據(jù)持續(xù)性、有效性的需要，從而促進公司精益化管理水平的提高。

1 實時數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

根據(jù)定義，實時數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)和事務(wù)都有顯式定時限制的一種文件數(shù)據(jù)庫[1]，其3個主要屬性為當前值、采樣時間和采樣頻率。發(fā)電廠實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是以實時數(shù)據(jù)庫為核心，采集現(xiàn)場生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)、防火墻或隔離設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾硇畔^(qū)進行存儲、管理，并實現(xiàn)基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析和二次應用的一整套系統(tǒng)。在發(fā)電廠實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，主要包括以下幾個部分。

(1)生產(chǎn)數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)采集接口，包括發(fā)電廠主機分布式控制系統(tǒng)(DCS)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、脫硫系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、電能量系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、輔網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口等。

(2)二次安全防護。根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》對發(fā)電廠生產(chǎn)控制區(qū)實施的防護措施。

(3)實時數(shù)據(jù)庫。用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲和對外提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。

(4)基于實時數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)過程監(jiān)視、數(shù)據(jù)分析和基本應用。

(5)數(shù)據(jù)對外接口，包括其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)和集團公司數(shù)據(jù)接口。

2 現(xiàn)狀分析

當前，數(shù)字化電廠建設(shè)已成為目前發(fā)電廠信息化中比較熱門的內(nèi)容之一，數(shù)字化電廠在原架構(gòu)的SIS網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，在廠級生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心增加廠級運營優(yōu)化增值服務(wù)概念[2]，因而實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為其基礎(chǔ)內(nèi)容一直是各發(fā)電企業(yè)最主要的基礎(chǔ)系統(tǒng)。

發(fā)電廠實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)，通過現(xiàn)場生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的自動采集和上傳，實現(xiàn)了生產(chǎn)、管理人員在管理信息網(wǎng)上對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)視和生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，解決了部分管理工作對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的需求問題，系統(tǒng)的應用在提高辦公自動化的同時，也提升了生產(chǎn)、管理智能化的發(fā)展，為智能發(fā)電廠、設(shè)備故障診斷與分析、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的運行優(yōu)化和輔助運行應用的建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而奠定了發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營管理決策制定的數(shù)據(jù)支撐。

但由于發(fā)電企業(yè)的行業(yè)特點，實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)普遍存在如下特點。

(1)隨機故障。隨著環(huán)保、節(jié)能降耗意識的提高,數(shù)據(jù)的實時性、可靠性越來越受重視，傳統(tǒng)的運維過程中，數(shù)據(jù)中斷后，往往由使用部門發(fā)現(xiàn)，如恰逢假期，使用人員少，可能中斷時間更長。

(2)設(shè)備分散，故障定位難。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)跨生產(chǎn)控制區(qū)、生產(chǎn)非控制區(qū)、生產(chǎn)管理區(qū)、管理信息區(qū)等多個信息安全區(qū)[3]，且網(wǎng)絡(luò)空間位置從生產(chǎn)現(xiàn)場到信息機房分散比較廣，當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，故障點很難定位，逐步排查時間比較長。

(3)數(shù)據(jù)單向傳遞。生產(chǎn)數(shù)據(jù)從控制區(qū)到管理區(qū)單向傳遞，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)雙向交互維護方式無法應用。

(4)部門協(xié)作要求高。系統(tǒng)取數(shù)的控制系統(tǒng)，隸屬于檢修、電氣、燃料等不同部門，從生產(chǎn)現(xiàn)場到管理區(qū)，屬于信息部門。增刪點、故障排查等一系列維護工作，需要不同部門間協(xié)調(diào)有力。

3 狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)方案

實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視平臺建設(shè)主要分為5個部分，首先是構(gòu)建通訊狀態(tài)的采集及存儲方案，為各功能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其次是建立故障診斷的模型，達到故障定位的目的，同時為了改變傳統(tǒng)被動維護的現(xiàn)象，建立短信報警及狀態(tài)監(jiān)視的展示系統(tǒng)，在故障發(fā)生后，能夠及時發(fā)現(xiàn)，從被動的響應維護，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃佣ㄏ蚺殴实哪康摹?/p>

3.1 狀態(tài)的采集及存儲

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，增加數(shù)據(jù)通訊狀態(tài)的采集，數(shù)據(jù)狀態(tài)經(jīng)過單向隔離，層層傳遞到管理區(qū)。如圖1所示，接口通訊狀態(tài)、操作系統(tǒng)狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等，經(jīng)過不同的匯集系統(tǒng)和單向隔離裝置后，最終進入到管理區(qū)匯集、存儲。

圖1 狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與傳輸

3.2 建立故障定位分析模型

根據(jù)系統(tǒng)采集的各類狀態(tài)，進行分析判斷，確定狀態(tài)數(shù)據(jù)是否可靠，然后根據(jù)不同的數(shù)據(jù)通道類型建立不同的故障診斷模型，同時針對實時數(shù)據(jù)庫，建立有效的狀態(tài)監(jiān)測機制。在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，故障點主要有幾種情況：數(shù)據(jù)源頭失聯(lián)；程序異常退出；操作系統(tǒng)斷電失聯(lián)；網(wǎng)絡(luò)通訊中斷；隔離失聯(lián)；實時數(shù)據(jù)庫工作異常和數(shù)據(jù)庫同步異常。針對以上問題，提取有效的故障特征，建立明確的故障依賴關(guān)系，實時動態(tài)分析，最終達到實時診斷、故障定位的目的。

3.3 建立短信報警機制

根據(jù)故障原因、涉及部門，將短信定向發(fā)給相關(guān)負責人。短信內(nèi)容包括故障時間(開始時間、結(jié)束時間)、位置(故障設(shè)備、中斷位置)、原因(網(wǎng)絡(luò)故障原因，設(shè)備原因)、建議(重啟設(shè)備、排查網(wǎng)絡(luò))等，降低了故障排查的難度，提高了運維效率。

3.4 建立狀態(tài)監(jiān)視展示系統(tǒng)

為了實時掌握系統(tǒng)的運行情況，確保以上功能能夠有效運行，同時接口系統(tǒng)多分布在短信不可達的區(qū)域，以及各移動運營商對短信批量發(fā)送的限制機制，保證在接收到第1次故障后，在排故消缺的過程中，能夠及時獲取接口狀態(tài)及故障轉(zhuǎn)移情況，建立數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)視展示系統(tǒng)。

3.5 移動監(jiān)控

為了防止在假期、休班、晚上等離廠的環(huán)境下，能夠?qū)崟r掌握數(shù)據(jù)通訊狀態(tài)，建立對狀態(tài)監(jiān)視的移動監(jiān)控系統(tǒng)，保證整套監(jiān)控系統(tǒng)不受區(qū)域、時間上的限制，真正實現(xiàn)“故障及時發(fā)現(xiàn)、故障快速識別、故障準確定位和故障即時恢復”的目的。

4 結(jié)束語

實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)滿足了發(fā)電廠對生產(chǎn)數(shù)據(jù)從采集、傳輸?shù)焦芾?、運維的工作需要，提高了底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)服務(wù)的持續(xù)性、安全性及可靠性。在我廠投入使用的1年中，該系統(tǒng)報警達到20余次，并借助系統(tǒng)提供的功能，大大減少了數(shù)據(jù)中斷的時間和故障排查的難度，提升了運維效率。同時采用集中管理方式，實現(xiàn)了全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)的集中統(tǒng)一管理與運維，為發(fā)電企業(yè)對精益化管理提升和環(huán)保型、節(jié)能型、及智能化、數(shù)字化電力企業(yè)的建設(shè)目標的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。