鞠麗麗，代家元

(1.國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)江蘇省電力監(jiān)管專員辦公室，江蘇 南京 210008；2.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211102)

隨著居住條件大幅度改善，采暖需求不斷增加，另外隨著城市工業(yè)化的不斷推進(jìn)，相關(guān)工業(yè)園區(qū)不斷發(fā)展壯大，也需要大量蒸汽用于工業(yè)生產(chǎn)。目前江蘇省內(nèi)許多火力發(fā)電廠積極開展供熱改造工作。為落實(shí)國(guó)家“以大代小”的發(fā)展策略，實(shí)現(xiàn)采暖和工業(yè)用汽“節(jié)能減排”目標(biāo)，一批300 MW凝汽機(jī)組，甚至600 MW凝汽機(jī)組進(jìn)行了供熱改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2011年底，江蘇省內(nèi)135 MW及其以上容量供熱機(jī)組接近70臺(tái)，總裝機(jī)容量接近2000萬(wàn)kW，約占全省火電裝機(jī)容量的1/3。

為了進(jìn)一步落實(shí)國(guó)家關(guān)于鼓勵(lì)大機(jī)組供熱的產(chǎn)業(yè)政策，亟需開展大機(jī)組供熱數(shù)據(jù)在線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)。而大機(jī)組供熱改造，由于考慮到不同熱用戶對(duì)蒸汽壓力品質(zhì)的不同需求，一般均加裝壓力匹配器，供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比小機(jī)組要更加復(fù)雜，因此監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)較多，單臺(tái)機(jī)組供熱系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)在60點(diǎn)左右，考慮到汽機(jī)側(cè)抽汽參數(shù)，需要接入到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的單臺(tái)機(jī)組測(cè)點(diǎn)在100點(diǎn)左右。全省大機(jī)組供熱監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)將達(dá)到7000點(diǎn)，若按照10 s采集一次數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，一天總的數(shù)據(jù)容量將達(dá)到1.8 G左右。一方面，如此大的數(shù)據(jù)開銷，對(duì)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)是無(wú)法承受的。另一方面，采集數(shù)據(jù)項(xiàng)較多時(shí)，數(shù)據(jù)入庫(kù)所需時(shí)間會(huì)明顯增加，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性將難以保證。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)針對(duì)上述問題而設(shè)計(jì)，除了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)擁有的功能之外，還增加了對(duì)數(shù)據(jù)的過(guò)濾壓縮、批處理等諸多功能，對(duì)超大容量數(shù)據(jù)具有超強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。目前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)已廣泛應(yīng)用于電廠的SIS系統(tǒng)中，為電廠的安全、穩(wěn)定、優(yōu)化運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此在大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

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

PI數(shù)據(jù)庫(kù)是一種基于C/S和B/S結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用平臺(tái)。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)。PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)良性能為系統(tǒng)的安全性、實(shí)時(shí)性提供了穩(wěn)定的技術(shù)支撐。

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了兩種二次開發(fā)方式[1]：PI-API，PI-SDK。PI-API提供了一種獲取PI系統(tǒng)信息的通用接口，它是為分布式的C/S結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，其中API函數(shù)包含于兩個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，即：piapi32.dll和pilog32.dll。PI-SDK是訪問PI服務(wù)器的一種編程工具，它以一種面向?qū)ο蟮姆绞絹?lái)定義PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，它定義了一種PI系統(tǒng)組件的對(duì)象集合的分層模型，通過(guò)這種分層模型可以實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊?。如圖1所示。

圖1 PI-SDK對(duì)象結(jié)構(gòu)圖

2 大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及傳輸方式

大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套集成江蘇省內(nèi)135 MW及其以上容量供熱機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)分析機(jī)組熱電比等關(guān)鍵指標(biāo)的在線系統(tǒng)，采集參數(shù)主要包括：機(jī)組供熱抽汽流量、溫度、壓力參數(shù)（大機(jī)組供熱抽汽主要分布于冷再、熱再、中排等處）；供熱減溫水流量；減溫后供熱蒸汽流量、溫度、壓力；壓力匹配器驅(qū)動(dòng)端蒸汽流量、溫度、壓力；壓力匹配器吸入端蒸汽流量、溫度、壓力；供熱母管蒸汽流量、溫度、壓力；各熱用戶端供熱蒸汽流量、溫度、壓力；汽輪機(jī)加熱器系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)參數(shù)等。

該系統(tǒng)除了能夠自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每臺(tái)機(jī)組供熱量、發(fā)電量、熱電比等指標(biāo)外，還擁有機(jī)組供熱流量自動(dòng)平衡校驗(yàn)功能。每臺(tái)機(jī)組采集測(cè)點(diǎn)平均在100個(gè)左右，采集頻率為10 s，傳輸網(wǎng)絡(luò)為電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

2.2 在線監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)數(shù)據(jù)流程圖如圖2所示。

圖2 大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖

大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)概述：系統(tǒng)數(shù)據(jù)源為電廠DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等，接口機(jī)針對(duì)數(shù)據(jù)源的類型，使用相應(yīng)的接口程序，從數(shù)據(jù)源采集相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)傳輸至大機(jī)組供熱實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集前置機(jī)，進(jìn)而進(jìn)入主站PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器。主站大機(jī)組供熱實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，實(shí)時(shí)讀取采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)分析處理后，通過(guò)web服務(wù)器將結(jié)果進(jìn)行發(fā)布展示。同時(shí)在分析計(jì)算服務(wù)器或客戶端，可通過(guò)PI客戶端軟件，編寫相關(guān)的實(shí)時(shí)報(bào)警、趨勢(shì)圖等智能分析軟件或制作相關(guān)的技術(shù)分析報(bào)表。

3 在大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

為滿足大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量大、實(shí)時(shí)性高等要求，所以在系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，采用了PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。

3.1 與電廠的信息系統(tǒng)的接口處理

系統(tǒng)數(shù)據(jù)源為電廠DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：PI，eDNA，PHD，InSQL 等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以及SQL Server，Oracle等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)[2]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的類型及配置而選擇不同的數(shù)據(jù)采集接口，但現(xiàn)場(chǎng)接口軟件均具備以下幾方面功能。

（1）數(shù)據(jù)緩存功能。由于網(wǎng)絡(luò)故障等導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法正常寫入主站數(shù)據(jù)庫(kù)情況時(shí)有發(fā)生，因此各個(gè)數(shù)據(jù)采集接口軟件均在接口機(jī)本地使用PI數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端工具PI buffer建立了數(shù)據(jù)緩存機(jī)制，如數(shù)據(jù)無(wú)法正常傳輸至主站，則將數(shù)據(jù)寫入到本地磁盤，待故障恢復(fù)后，再將硬盤中的歷史數(shù)據(jù)發(fā)送至主站。PI數(shù)據(jù)庫(kù)接口自動(dòng)緩存工具PI buffer的配置界面如圖3所示。

圖3 PI buffer服務(wù)配置界面

（2）數(shù)據(jù)自動(dòng)補(bǔ)采功能。若數(shù)據(jù)采集軟件被意外關(guān)閉或由于接口機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集軟件不能正常工作，待故障恢復(fù)后，接口軟件將掃描其與主站PI數(shù)據(jù)庫(kù)最后響應(yīng)時(shí)間，自動(dòng)從該時(shí)間開始補(bǔ)采數(shù)據(jù)。

3.2 主站應(yīng)用開發(fā)方面

主站應(yīng)用層主要分為兩部分：web系統(tǒng)應(yīng)用、PI客戶端軟件應(yīng)用。

從馬老的話中，高潮突然明白了馬老才真正是卓木文化傳媒的幕后老板，而田卓明艷光鮮的背后，不過(guò)是馬老手中的提線木偶而已，她的一舉一動(dòng)，都由馬老暗中來(lái)操縱。高潮只是搞不明白，馬老說(shuō)安排自己與田卓這一對(duì)孤男寡女一道出去旅游，究竟是何用意？

3.2.1 web系統(tǒng)應(yīng)用

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)支持C++，VB，.Net等高級(jí)編程語(yǔ)言通過(guò)PI-API，PI-SDK獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

（1）計(jì)算程序部分，使用PI-API，PI-SDK方式定時(shí)獲取機(jī)組供熱流量、溫度、壓力、發(fā)電功率等原始數(shù)據(jù)，計(jì)算熱電比等指標(biāo)；

（2）頁(yè)面展示部分，使用PI-API從PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)快照中定時(shí)抓取原始數(shù)據(jù)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控圖顯示、數(shù)據(jù)自動(dòng)報(bào)警提醒等。大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖如圖4所示。該系統(tǒng)上層使用的是java語(yǔ)言，底層使用的是PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)通信采用PI-API方式，該實(shí)時(shí)監(jiān)控圖10 s刷新一次。

3.2.2 PI客戶端軟件應(yīng)用

PI數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端軟件包是基于Windows操作系統(tǒng)下開發(fā)的一系列客戶工具軟件，常見的幾種應(yīng)用如下：

（1）定制需求報(bào)表。通過(guò)Datalink工具，用excel將需求數(shù)據(jù)從PI數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出，然后利用Excel中的計(jì)算和圖表等功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，無(wú)需再進(jìn)行編程等繁瑣過(guò)程。

（2）繪制實(shí)時(shí)監(jiān)控圖。通過(guò)ProcessBook工具，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)，實(shí)現(xiàn)流程畫面的在線組態(tài)。通過(guò)ProcessBook工具繪制的某電廠供熱系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖如圖5所示。

4 優(yōu)勢(shì)與不足

4.1 作為大型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)

（1）實(shí)時(shí)性。PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有單臺(tái)PC服務(wù)器即可支持100多萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)[3]和500多個(gè)用戶同時(shí)連接、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索速度為每秒80000個(gè)事件等性能特點(diǎn)，能夠滿足大型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求。

（2）海量存儲(chǔ)。作為大型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大機(jī)組供熱系統(tǒng)，要求底層數(shù)據(jù)庫(kù)至少能存儲(chǔ)5年以上的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寫入與更新操作不因歷史數(shù)據(jù)的多少而發(fā)生變更，至少能夠滿足7000個(gè)數(shù)據(jù)的同時(shí)寫入。在數(shù)據(jù)訪問時(shí)，不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)獲取性能只與該時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)的多少有關(guān)，而與數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量以及時(shí)間的跨度無(wú)關(guān)。

首先，PI數(shù)據(jù)庫(kù)能夠達(dá)到每秒存儲(chǔ)10～15萬(wàn)個(gè)事件[4]、每秒訪問100萬(wàn)個(gè)事件，在處理速度上能夠滿足要求；其次，由于其采取了特殊的數(shù)據(jù)壓縮機(jī)制，數(shù)據(jù)磁盤占用容量?jī)H為未壓縮時(shí)的10%左右，在存儲(chǔ)容量上能夠滿足需求。

4.2 作為大型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的不足

（1）PI數(shù)據(jù)庫(kù)成本較高，給大型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)帶來(lái)了一定的困難。

（2）PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與java交互存在問題。由于主站web系統(tǒng)通常采用的是java作為開發(fā)語(yǔ)言，雖然PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)支持C++，VB，.Net等高級(jí)編程語(yǔ)言通過(guò)PI-API，PI-SDK獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，但并沒有提供有效的java平臺(tái)上的接口軟件包，java與PI數(shù)據(jù)庫(kù)交互時(shí)必須通過(guò)一些間接的方法，一方面增加了開發(fā)難度，另一方面也導(dǎo)致java平臺(tái)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之間通信不及時(shí)。

5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)架構(gòu)解決方案

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在大機(jī)組供熱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，只是其在實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用中的一個(gè)案例，對(duì)該案例中系統(tǒng)架構(gòu)部分進(jìn)行詳細(xì)分析，則可看到基于PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，如圖6所示。

該實(shí)時(shí)系統(tǒng)架構(gòu)解決方案不僅適用于電力、石化等基于C/S模式下的監(jiān)控系統(tǒng)，而且適用于基于B/S模式下的大容量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成分析，如電力集團(tuán)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、金融數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析平臺(tái)等。它的特點(diǎn)是：

（1）系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)源種類多。PI系統(tǒng)接口支持絕大多數(shù)DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)，因此，底層的數(shù)據(jù)源種類復(fù)雜這一問題幾乎不會(huì)影響到系統(tǒng)的建設(shè)。

（2）系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸部分均使用的是PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)軟件，系統(tǒng)主站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集頻率能達(dá)到秒級(jí)。

（3）系統(tǒng)采集點(diǎn)數(shù)沒有限制。PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)采集接口單個(gè)接口最大可實(shí)時(shí)采集上萬(wàn)點(diǎn)，PI數(shù)據(jù)庫(kù)支持同一個(gè)接口機(jī)同時(shí)部署數(shù)個(gè)采集接口軟件。若數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬等沒有限制情況下，整個(gè)系統(tǒng)采集點(diǎn)數(shù)幾乎沒有限制。因此，該系統(tǒng)架構(gòu)能夠很好地滿足大容量、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建設(shè)需求。

（4）系統(tǒng)的穩(wěn)定性高。當(dāng)傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，接口機(jī)會(huì)自動(dòng)保存數(shù)據(jù)，待系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)再全部傳輸至主站。且在主站PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可創(chuàng)建相關(guān)的報(bào)警點(diǎn)、整個(gè)系統(tǒng)的性能監(jiān)視點(diǎn)，或查看PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)日志，以及時(shí)分析系統(tǒng)運(yùn)行情況，進(jìn)行相關(guān)的處理。還有系統(tǒng)的支持平臺(tái)是PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，其獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)門壓縮技術(shù)能夠解決大容量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，

6 結(jié)束語(yǔ)

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為商品化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用平臺(tái)，在響應(yīng)速度、可靠性、容量等方面具有極大優(yōu)勢(shì)，適合作為大型實(shí)時(shí)系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)平臺(tái)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍需結(jié)合PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)，以避免諸如其與java交互不友好等問題。

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