秦山第二核電廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與數(shù)字化系統(tǒng)的接口應(yīng)用

張宇科

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦山核電二廠3、4號(hào)機(jī)組的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)受限于其自身底層接口的制約，每臺(tái)機(jī)組DCS接入數(shù)據(jù)不超過(guò)4000點(diǎn)。隨著數(shù)字核電建設(shè)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已不能滿足信息化發(fā)展的要求。PI系統(tǒng)作為國(guó)際知名的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，在電力行業(yè)有大量的成功經(jīng)驗(yàn)，能夠很好地滿足數(shù)字核電建設(shè)對(duì)核電機(jī)組數(shù)據(jù)的需求。為提升核電站在經(jīng)營(yíng)管理監(jiān)測(cè)、安全生產(chǎn)監(jiān)控、應(yīng)急響應(yīng)與支援、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋等各方面的水平與效率，保障核電設(shè)備可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，設(shè)計(jì)一個(gè)綜合、集中的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、經(jīng)營(yíng)管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)成為關(guān)鍵。此項(xiàng)目建設(shè)完成后，將形成秦山核電二廠完整的PI系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和展示體系，能夠有利于核電的生產(chǎn)運(yùn)行。

1 現(xiàn)狀與背景

秦山核電二廠3、4號(hào)機(jī)組生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)OPC服務(wù)器進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)傳輸，OPC 服務(wù)器上安裝有 OPC Server，Api Admin, client Matrikon等程序，OPC Server從指定工作站AIM Historian歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)通過(guò)ODBC方式寫入生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)機(jī)，在生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)機(jī)與其服務(wù)器間增加隔離裝置，將數(shù)據(jù)外送給信息中心及應(yīng)急中心進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視及分析，從而實(shí)現(xiàn)3、4號(hào)機(jī)組生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送功能。

圖1 生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流程圖Fig.1 Production real-time data flowchart

在生產(chǎn)運(yùn)行期間，3、4號(hào)機(jī)組生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定，OPC服務(wù)器通訊傳輸數(shù)據(jù)多次出現(xiàn)中斷、失效現(xiàn)象，導(dǎo)致重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送錯(cuò)誤，同時(shí)向外部多次誤發(fā)送停堆停機(jī)短信。生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)OPC服務(wù)器通訊傳輸，穩(wěn)定性低，可靠性差，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也較小，不能滿足3、4號(hào)機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行所用數(shù)據(jù)。

而PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將電站控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)引入到生產(chǎn)運(yùn)行網(wǎng)中，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和利用，并為生產(chǎn)管理系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)等提供數(shù)據(jù)。它具有良好的實(shí)時(shí)性能，支持大規(guī)模實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和展示，能有效減少存儲(chǔ)空間，也便于大規(guī)模保存長(zhǎng)時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)。PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供了豐富的客戶端應(yīng)用程序、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理模型和靈活的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，其在后臺(tái)支持計(jì)算、報(bào)警、批處理等多種后臺(tái)服務(wù)功能，便于數(shù)據(jù)加工。

2 數(shù)據(jù)通訊方式優(yōu)化

對(duì)比原生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的OPC服務(wù)器通訊傳輸方式，PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸方式優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)3、4號(hào)機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸方式進(jìn)行項(xiàng)目?jī)?yōu)化。本項(xiàng)目無(wú)需增加硬件服務(wù)器，且PI系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)不存在TCP級(jí)的連接，不會(huì)影響DCS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。將兩臺(tái)DCS工作站作為通訊站，安裝通訊程序，采用UDP通信協(xié)議，然后在工作站端API Server將整理好的通訊點(diǎn)表打包成UDP數(shù)據(jù)包，經(jīng)過(guò)交換機(jī)發(fā)送到PI接口機(jī)。PI接口機(jī)將收到的UDP數(shù)據(jù)包按照事前約定的格式進(jìn)行解析，然后寫入PI服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)試測(cè)試完成后即可進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及分析。

圖2 PI接口數(shù)據(jù)流程圖Fig.2 PI Interface data flowchart

3 PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與DCS系統(tǒng)的接口應(yīng)用

3.1 PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介

PI（PIant Information System）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是基于服務(wù)器/客戶端的（C/S）和服務(wù)器/瀏覽器（B/S）的應(yīng)用平臺(tái)，也是一個(gè)包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與分析的軟件系統(tǒng)。PI作為一種較為先進(jìn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，適用于各種生產(chǎn)流程中數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和監(jiān)視，在工藝生產(chǎn)領(lǐng)域有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。它作為底層控制網(wǎng)絡(luò)與上層信息系統(tǒng)連接的橋梁，在信息集成中扮演著特殊和重要的角色。它采用旋轉(zhuǎn)門壓縮技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大、搜索速度快、實(shí)時(shí)性能好的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。核電廠生產(chǎn)運(yùn)行所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量較大，需進(jìn)行信息共享和管控一體化，PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)良性能為信息化系統(tǒng)的安全性、實(shí)時(shí)性提供穩(wěn)定的技術(shù)支撐。

3.2 PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與DCS系統(tǒng)的接口

3、4號(hào)機(jī)組數(shù)字化系統(tǒng)采用I/A Series控制系統(tǒng)，DCS接口機(jī)安裝API數(shù)據(jù)接口程序，其向PI接口程序提供數(shù)據(jù)，再通過(guò)網(wǎng)卡（RJ45）向外發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。DCS接口機(jī)以實(shí)時(shí)報(bào)文方式，通過(guò)UDP方式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送到指定的接收機(jī)端口，接收機(jī)通過(guò)DEMO接收程序，可接收mesh2pc.exe發(fā)出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)文，生成datepackage_log文件。數(shù)據(jù)報(bào)文格式如下：

*SFCL*10PA21YMDhmsXX........O*LCFS*

* : 1byte 報(bào)頭；

S : 1byte 報(bào)頭；

F : 1byte 報(bào)頭；

C : 1byte 報(bào)頭；

L : 1byte 報(bào)頭；

* : 1byte 報(bào)頭；

10 : 2bytes 報(bào)頭；

Pa21 : 3bytes P（例外報(bào)文）/A（全文），11（總報(bào)文數(shù)：1，當(dāng)前報(bào)文：1#）；

Y : 1byte 年（17）；

M : 1byte 月（10）；

圖3 API程序運(yùn)行界面Fig.3 API Program running interface

R : 1byte 日（12）；

h : 1byte 時(shí)（18）；

m : 1byte 分（58）；

s : 1byte 秒（58）；

XX : 2bytes 數(shù)據(jù)總個(gè)數(shù)；

... : XX*7bytes 數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度，每個(gè)數(shù)據(jù)為7bytes（1-2byte為index,3byte為status, 4-7byte為數(shù)據(jù)值）；

O : 1byte 異或校驗(yàn)（從報(bào)頭第一個(gè)byte到數(shù)據(jù)段最后一個(gè)byte）；

* : 1byte 報(bào)尾；

L : 1byte報(bào)尾；

C : 1byte報(bào)尾；

F : 1byte報(bào)尾；

S : 1byte報(bào)尾；

* : 1byte報(bào)尾。

首先定義DCS接口機(jī)的IP地址和用戶名，在目錄“C:\WINDOWSsystem32driversetc”下打開(kāi)hosts文件，輸入IP地址和用戶名（如DCS004）。再安裝PI接口程序Mesh2pc.exe，定義變量列表文件Mesh2pcname，如下：

DCS004(DCS接口機(jī)，HOSTID) 2005（遠(yuǎn)程端口） 2001（本地端口）；

4（數(shù)據(jù)緩存時(shí)間） 4（數(shù)據(jù)刷新時(shí)間） 0（保留字段） 2000（報(bào)文周期（毫秒））；

1 TESTMP:BLK0.PNT 0.1 0.1 （序號(hào) 變量名 讀精度 保留字段）//模擬量示例；

2 TESTMP:BLK1.CIN 0.1 0.1 （序號(hào) 變量名 讀精度 保留字段）//開(kāi)關(guān)量示例。

在DCS接口機(jī)控制面板中打開(kāi)API程序，點(diǎn)擊Start API運(yùn)行程序，如圖3所示。

運(yùn)行Mesh2pc.exe程序，點(diǎn)擊“Initial”按鈕，等待“Run”按鈕變可操作后按“Run”按鈕，PI接口程序開(kāi)始運(yùn)行。PI接口程序運(yùn)行后會(huì)在“d:sfcl”目錄下產(chǎn)生index_data變量索引文件，文件包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)文的變量類型狀態(tài)及數(shù)值序號(hào)，如下：

Index(00001) : TESTMP:BLK0.PNT 0；

Index(00002) : TESTMP:BLK1.CIN 0。

確認(rèn)index_data變量索引文件與Mesh2pcname變量列表文件中的變量數(shù)量一致，打開(kāi)目錄“D:optxxxaisin”文件下的spy.exe應(yīng)用程序，輸入“900”數(shù)值及序號(hào)值，可驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否正常發(fā)送。

通過(guò)對(duì)PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與DCS系統(tǒng)的接口測(cè)試，PI接口機(jī)可正常收到DCS數(shù)字化系統(tǒng)傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，PI服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)組態(tài)成各種生產(chǎn)流程圖，便于機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視和系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)的分析。同時(shí)，以趨勢(shì)圖、棒圖、報(bào)表等形式協(xié)助人員分析生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示各種類型的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各生產(chǎn)流程進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)視、分析、查詢。

4 結(jié)束語(yǔ)

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與DCS數(shù)字化的接口應(yīng)用可以滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的需求，在響應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性、容量等方面具有極大優(yōu)勢(shì)。秦山核電二廠3、4號(hào)機(jī)組的PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)完成后，整體運(yùn)行情況良好，向外部傳輸?shù)纳a(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定。此項(xiàng)目的優(yōu)化為核電廠生產(chǎn)和管理提供了大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，有利于各系統(tǒng)設(shè)備的可靠性分析和技術(shù)變更，提高了核電廠的整體運(yùn)行和管理水平。