PI實時/歷史數據庫系統平臺架構優化

陶 敏，郭 寧

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014；2.杭州意能軟件有限公司，杭州 310014）

浙江省電力公司于2005年在全省10個地市局及省公司建成了省、地兩級PI實時/歷史數據庫系統，接入了調度數據采集與監控（SCADA）、電能量、設備在線監測等系統的大量實時/歷史數據，為實現管控一體化打下了堅實的基礎。據不完全統計，截至目前，全省共計接入了120余萬個測點的實時/歷史數據，形成了真正的海量實時/歷史數據平臺。為了加快PI實時/歷史數據庫系統的建設，浙江省電力公司于2010年開始對PI實時/歷史數據庫系統進行了深化研究和應用推廣，并將其確定為管理信息大區唯一的實時/歷史數據交換平臺。

1 現有PI系統架構

1.1 系統部署方式

目前，浙江省電力公司PI系統采用省、地兩級分布式部署架構，如圖1所示，省電力公司與地市電力局各部署一套PI系統，由PI數據庫服務器、PI接口服務器和PI Web服務器組成。每套系統分別采集和存儲不同區域的實時/歷史數據，并存入各自的PI數據庫服務器。采集數據以SCADA系統和電量系統為主，同時還有部份設備和系統的在線監測數據。

地市電力局之間沒有數據交互，若要訪問必須開通防火墻；省電力公司要訪問地市電力局數據同樣必須開通防火墻；地市電力局220kV及以上變電站實時/歷史數據通過PI-to-PI接口實時同步到省電力公司服務器。

圖1 現有PI系統部署圖

國家電網公司要求集中建設和部署信息化系統軟硬件，以減少目前以指數級增長的系統運維成本。PI系統服務器的省、地兩級部署方式雖然便于快速、安全地接入數據，但由于網絡安全訪問管理要求以及PI數據庫客戶端訪問方式的限制，已給進一步拓展實時/歷史數據的應用造成障礙。如何既符合國家電網公司倡導的信息化系統建設理念，又最大限度地利用浙江省電力公司PI實時/歷史數據庫系統的建設成果，是目前面臨的重要問題。

1.2 PI客戶端的訪問方式

PI實時/歷史數據庫系統為應用開發提供了非常方便和實用的開發工具：用于圖形開發的工具ProcessBook和用于報表開發的Excel插件DataLink，兩者均通過PI-SDK獲取PI數據庫系統的實時/歷史數據。典型的PI客戶端訪問方式如圖2所示。

圖2 PI客戶端訪問服務器方式

目前，大多數PI數據庫應用開發是基于PI客戶端工具ProcessBook和DataLink等，無論用戶是在PC中運行還是發布到網站，均要通過PI-SDK與PI服務器建立連接，才能獲取實時/歷史數據的更新，如果這種訪問是跨安全區域的，就會給網絡安全設置帶來不小的麻煩。

例如，省電力公司安全生產管理系統（PMS）有一項湖州電力局PI實時/歷史數據相關的應用，PMS集中部署于省電力公司，除湖州電力局的用戶外，包括省電力公司用戶在內的其他所有區域用戶如果要使用該功能，均需開通湖州電力局PI服務器的訪問權限。

無論PI服務器是集中部署在省電力公司，還是分布部署在地市電力局，由于區域安全訪問控制的存在，這個矛盾始終無法得到有效解決。

目前的解決方案是將存儲在地市電力局PI實時/歷史數據庫系統中的220kV及以上SCADA系統數據通過PI-to-PI接口復制到省電力公司PI服務器中，供省電力公司用戶使用。顯然，隨著扁平化管理以及大型信息化應用集成的不斷深入，加上接入數據的不斷增多，這種方式已經愈來愈不適應管理的要求。

2 平臺架構優化方式

2.1 PI數據庫服務器

（1）保留現有省、地PI實時/歷史數據庫服務器，就近接入、就近維護，降低數據傳輸量，提高數據接入的可靠性和數據訪問效率。

（2）在不同安全區域部署統一訪問服務器，構建PI實時/歷史數據訪問總線，將統一訪問服務器作為總線入口。統一訪問總線用以屏蔽PI客戶端到PI數據庫服務器的直接訪問，網絡安全管理只針對統一訪問服務器到PI服務器的訪問控制，使跨域訪問相對固定且變化較少。

（3）取消原有的地市電力局PI服務器到省電力公司PI服務器的PI-to-PI數據復制，改為通過統一訪問服務器連接各地PI實時/歷史數據庫服務器。所有PI客戶端使用相同的PI-SDK連接配置連接到統一訪問服務器，并由統一訪問服務器連接到相應的PI實時/歷史數據庫。這樣，在不同區域開發的PI ProcessBook或DataLink應用就可以在全省任何部署了統一訪問服務器的場合使用。具體部署方案如圖3所示。

2.2 數據接入服務器

根據“就近接入、就近維護”的原則，通常考慮在數據源或PI服務器的附近部署數據接入服務器，如圖4所示。

圖3 PI系統服務器部署方式

圖4 數據接入邏輯框圖

一臺數據接入服務器可以安裝多個PI實時/歷史數據庫數據接入接口，一個PI寫入進程只對應一個PI實時/歷史數據庫，多個實時/歷史數據接收/發送進程可以調用同一個PI寫入進程。應盡量將相同數據源接入的實時/歷史數據寫入到同一PI實時/歷史數據庫中。可使用多個PI寫入進程同時將數據寫入到同一個PI實時/歷史數據庫，以提高PI寫入的效率。

原則上，一個區域（地市電力局）的所有PI數據接入應使用同一個模型庫，便于模型的整合與維護。模型使用關系型數據庫存儲，其數據交換格式符合DL/T 890 CIM標準。使用PI-ICU工具管理和監控PI數據接入接口的部署和運行。

2.3 統一訪問服務器

增加統一訪問服務器并部署在不同的網絡安全控制區域。統一訪問服務器部署與否與該區域是否部署PI實時/歷史數據庫系統服務器無關，即使本地沒有PI實時/歷史數據庫服務器，如果需要訪問PI實時/歷史數據庫系統數據，也應該安裝統一訪問服務器，便于訪問其它區域的PI實時/歷史數據庫系統數據。

統一訪問服務器與PI實時/歷史數據庫服務器的連接是固定的，所有統一訪問服務器組成PI實時/歷史數據庫系統的訪問總線，見圖5。

圖5 PI統一訪問邏輯框圖

PI客戶端工具ProcessBook和DataLink使用相同的PI-SDK連接配置連接到統一訪問服務器，并由統一訪問服務器統一管理與PI實時/歷史數據庫服務器的連接。

除了滿足PI-SDK統一訪問的要求外，根據統一訪問服務器提供服務的性質不同，還可以DL/T 890 CIS方式實現數據層服務總線，以及以Web Service和SOA技術實現業務層服務總線。

對PI用戶（或PI客戶端工具）來說，PI實時/歷史數據庫是透明的，即無論PI實時/歷史數據庫服務器的部署方式發生何種變化（集中、分布），只需修改統一訪問服務器的PI連接配置即可，PI應用只與統一訪問服務器發生數據交互。

2.4 PI應用服務器

PI應用服務器是指部署PI應用的Web服務器，原則上應單獨部署，即PI實時/歷史數據庫服務器、數據接入服務器以及統一數據訪問服務器應分開部署，采用集群冗余配置。

圖6是PI客戶端訪問PI應用服務器的邏輯框圖，圖中箭頭表示應用和數據的調用過程。PI客戶端包括PI ProcessBook和PI DataLink以及客戶端瀏覽器，PI ProcessBook和PI DataLink通過PI-SDK與統一訪問服務器連接，由統一訪問總線訪問PI實時/歷史數據庫中的測點信息和實時/歷史數據。

對于Web應用，客戶端請求部署在PI應用服務器中的應用，如果請求的網頁中包含了PDI文件（PI ProcessBook文件），則通過PI ActiveView控件展示，并通過PI-SDK與統一訪問服務器建立連接。通過Ajax或SOAP調用PI應用服務器相應的統一訪問服務封裝，例如通過SVG Viewer展示廠站一次接線圖，并通過SOAP協議調用“PI實時數據更新”服務封裝，獲取PI實時/歷史數據庫的數據更新。

省電力公司的PI實時/歷史數據庫系統構建在Windows環境下，所提供的PI-API和PI-SDK只能用于Windows環境，因此，如果采用Web服務器來發布PI應用，應盡量使用Windows提供的IIS服務器。發布在PI應用服務器中的文件宜采用ActiveView控件進行展示。

3 體系架構優化

經過優化的PI實時/歷史數據庫平臺系統架構如圖7所示。無論部署方式如何變化，PI實時/歷史數據庫系統在邏輯上應是統一、不可分割的。

在數據層，支持DL/T 860智能化變電站標準規約的數據接入，支持多方式和多協議的圖、數、模數據接入，支持多種方式的實時/歷史數據存儲，支持通過電力行業通用標準DL/T 890統一訪問實時/歷史數據。

在業務層，通過Web Service提供通用的圖、數、模數據訪問服務，并在基本服務的基礎上，通過SOA技術，組合各種業務數據查詢方式，提供可擴展的企業業務總線服務。

圖6 PI客戶端訪問框圖

圖7 PI系統體系架構

在展示層，通過Web發布方式，支持個性化應用的發布，集中發布、集中開發、集中管理、集中維護PI應用，為各大信息化系統提供PI應用支撐。

4 結語

國家電網公司“十二五”規劃明確要求信息化系統應成為智能電網建設的強有力支撐。PI實時/歷史數據庫系統作為浙江省電力公司重要的數據中心平臺之一，在建設的初期就確定了全省統一規劃、統一建設、統一發展的目標。如何在新形勢下更好地為電力信息化系統建設服務，是我們需要考慮的首要問題。PI實時/歷史數據庫系統平臺架構經過本文所述的各項優化后，能更好地適應智能電網建設的要求。

[1]DL/T 890能量管理系統應用程序接口EMS-API[S].北京：中國電力出版社，2008.

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[3]李師賢，譯.CORBA企業解決方案[M].北京：機械工業出版社，2001.

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