PI實時數(shù)據(jù)庫在大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

鞠麗麗，代家元

(1.國家電力監(jiān)管委員會江蘇省電力監(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，相關工業(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。為落實國家“以大代小”的發(fā)展策略，實現(xiàn)采暖和工業(yè)用汽“節(jié)能減排”目標，一批300 MW凝汽機組，甚至600 MW凝汽機組進行了供熱改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2011年底，江蘇省內(nèi)135 MW及其以上容量供熱機組接近70臺，總裝機容量接近2000萬kW，約占全省火電裝機容量的1/3。

為了進一步落實國家關于鼓勵大機組供熱的產(chǎn)業(yè)政策，亟需開展大機組供熱數(shù)據(jù)在線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測。而大機組供熱改造，由于考慮到不同熱用戶對蒸汽壓力品質(zhì)的不同需求，一般均加裝壓力匹配器，供熱系統(tǒng)結構相比小機組要更加復雜，因此監(jiān)測測點較多，單臺機組供熱系統(tǒng)測點在60點左右，考慮到汽機側抽汽參數(shù)，需要接入到監(jiān)測系統(tǒng)的單臺機組測點在100點左右。全省大機組供熱監(jiān)測測點將達到7000點，若按照10 s采集一次數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫，一天總的數(shù)據(jù)容量將達到1.8 G左右。一方面，如此大的數(shù)據(jù)開銷，對于關系型數(shù)據(jù)庫是無法承受的。另一方面，采集數(shù)據(jù)項較多時，數(shù)據(jù)入庫所需時間會明顯增加，系統(tǒng)的實時性將難以保證。

實時數(shù)據(jù)庫針對上述問題而設計，除了關系數(shù)據(jù)庫擁有的功能之外，還增加了對數(shù)據(jù)的過濾壓縮、批處理等諸多功能，對超大容量數(shù)據(jù)具有超強數(shù)據(jù)處理能力以保證系統(tǒng)的實時性。目前實時數(shù)據(jù)庫已廣泛應用于電廠的SIS系統(tǒng)中，為電廠的安全、穩(wěn)定、優(yōu)化運行提供了堅實的基礎。因此在大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)設計時，選擇了實時數(shù)據(jù)庫中的PI實時數(shù)據(jù)庫。

1 PI實時數(shù)據(jù)庫簡介

PI數(shù)據(jù)庫是一種基于C/S和B/S結構的實時數(shù)據(jù)集成、應用平臺。采用旋轉門壓縮技術存儲數(shù)據(jù)，具有存儲數(shù)據(jù)量大、搜索速度快、實時性能好的強大優(yōu)勢。PI實時數(shù)據(jù)庫的優(yōu)良性能為系統(tǒng)的安全性、實時性提供了穩(wěn)定的技術支撐。

PI實時數(shù)據(jù)庫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結構而設計的，其中API函數(shù)包含于兩個動態(tài)鏈接庫文件，即：piapi32.dll和pilog32.dll。PI-SDK是訪問PI服務器的一種編程工具，它以一種面向對象的方式來定義PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它定義了一種PI系統(tǒng)組件的對象集合的分層模型，通過這種分層模型可以實現(xiàn)面向對象編程。如圖1所示。

圖1 PI-SDK對象結構圖

2 大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)架構

2.1 在線監(jiān)測項目及傳輸方式

大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)是一套集成江蘇省內(nèi)135 MW及其以上容量供熱機組的實時運行數(shù)據(jù)、實時分析機組熱電比等關鍵指標的在線系統(tǒng)，采集參數(shù)主要包括：機組供熱抽汽流量、溫度、壓力參數(shù)（大機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；壓力匹配器驅動端蒸汽流量、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；汽輪機加熱器系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、凝結水系統(tǒng)主要監(jiān)測參數(shù)等。

該系統(tǒng)除了能夠自動統(tǒng)計每臺機組供熱量、發(fā)電量、熱電比等指標外，還擁有機組供熱流量自動平衡校驗功能。每臺機組采集測點平均在100個左右，采集頻率為10 s，傳輸網(wǎng)絡為電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。

2.2 在線監(jiān)測信息系統(tǒng)架構

系統(tǒng)架構數(shù)據(jù)流程圖如圖2所示。

圖2 大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)架構圖

大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)架構概述：系統(tǒng)數(shù)據(jù)源為電廠DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等，接口機針對數(shù)據(jù)源的類型，使用相應的接口程序，從數(shù)據(jù)源采集相關數(shù)據(jù)通過調(diào)度網(wǎng)絡傳輸至大機組供熱實時監(jiān)測系統(tǒng)的采集前置機，進而進入主站PI實時數(shù)據(jù)服務器。主站大機組供熱實時監(jiān)測系統(tǒng)軟件，實時讀取采集數(shù)據(jù)，進行相關分析處理后，通過web服務器將結果進行發(fā)布展示。同時在分析計算服務器或客戶端，可通過PI客戶端軟件，編寫相關的實時報警、趨勢圖等智能分析軟件或制作相關的技術分析報表。

3 在大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

為滿足大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量大、實時性高等要求，所以在系統(tǒng)的建設過程中，采用了PI實時數(shù)據(jù)庫作為關鍵數(shù)據(jù)存儲、管理的數(shù)據(jù)庫平臺。

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)庫主要包括：PI，eDNA，PHD，InSQL 等實時數(shù)據(jù)庫以及SQL Server，Oracle等關系型數(shù)據(jù)庫[2]。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫的類型及配置而選擇不同的數(shù)據(jù)采集接口，但現(xiàn)場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)絡故障等導致數(shù)據(jù)無法正常寫入主站數(shù)據(jù)庫情況時有發(fā)生，因此各個數(shù)據(jù)采集接口軟件均在接口機本地使用PI數(shù)據(jù)庫客戶端工具PI buffer建立了數(shù)據(jù)緩存機制，如數(shù)據(jù)無法正常傳輸至主站，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)庫接口自動緩存工具PI buffer的配置界面如圖3所示。

圖3 PI buffer服務配置界面

（2）數(shù)據(jù)自動補采功能。若數(shù)據(jù)采集軟件被意外關閉或由于接口機無法正常運行導致數(shù)據(jù)采集軟件不能正常工作，待故障恢復后，接口軟件將掃描其與主站PI數(shù)據(jù)庫最后響應時間，自動從該時間開始補采數(shù)據(jù)。

3.2 主站應用開發(fā)方面

主站應用層主要分為兩部分：web系統(tǒng)應用、PI客戶端軟件應用。

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，不過是馬老手中的提線木偶而已，她的一舉一動，都由馬老暗中來操縱。高潮只是搞不明白，馬老說安排自己與田卓這一對孤男寡女一道出去旅游，究竟是何用意？

3.2.1 web系統(tǒng)應用

PI實時數(shù)據(jù)庫支持C++，VB，.Net等高級編程語言通過PI-API，PI-SDK獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

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

（2）頁面展示部分，使用PI-API從PI實時數(shù)據(jù)庫快照中定時抓取原始數(shù)據(jù)，用于實時監(jiān)控圖顯示、數(shù)據(jù)自動報警提醒等。大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控圖如圖4所示。該系統(tǒng)上層使用的是java語言，底層使用的是PI實時數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)通信采用PI-API方式，該實時監(jiān)控圖10 s刷新一次。

3.2.2 PI客戶端軟件應用

PI數(shù)據(jù)庫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，常見的幾種應用如下：

（1）定制需求報表。通過Datalink工具，用excel將需求數(shù)據(jù)從PI數(shù)據(jù)庫中導出，然后利用Excel中的計算和圖表等功能對數(shù)據(jù)進行分析處理，無需再進行編程等繁瑣過程。

（2）繪制實時監(jiān)控圖。通過ProcessBook工具，以流程圖和趨勢圖的方式組織和顯示來自PI實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)流程畫面的在線組態(tài)。通過ProcessBook工具繪制的某電廠供熱系統(tǒng)實時監(jiān)控圖如圖5所示。

4 優(yōu)勢與不足

4.1 作為大型監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢

（1）實時性。PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有單臺PC服務器即可支持100多萬個數(shù)據(jù)點[3]和500多個用戶同時連接、數(shù)據(jù)存儲和檢索速度為每秒80000個事件等性能特點，能夠滿足大型監(jiān)測系統(tǒng)的要求。

（2）海量存儲。作為大型監(jiān)測系統(tǒng)的大機組供熱系統(tǒng)，要求底層數(shù)據(jù)庫至少能存儲5年以上的實時/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個數(shù)據(jù)的同時寫入。在數(shù)據(jù)訪問時，不同時間段的數(shù)據(jù)獲取性能只與該時間段內(nèi)數(shù)據(jù)的多少有關，而與數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)據(jù)量以及時間的跨度無關。

首先，PI數(shù)據(jù)庫能夠達到每秒存儲10～15萬個事件[4]、每秒訪問100萬個事件，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)壓縮機制，數(shù)據(jù)磁盤占用容量僅為未壓縮時的10%左右，在存儲容量上能夠滿足需求。

4.2 作為大型監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的不足

（1）PI數(shù)據(jù)庫成本較高，給大型監(jiān)測系統(tǒng)的建設帶來了一定的困難。

（2）PI實時數(shù)據(jù)庫與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)語言，雖然PI實時數(shù)據(jù)庫支持C++，VB，.Net等高級編程語言通過PI-API，PI-SDK獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，但并沒有提供有效的java平臺上的接口軟件包，java與PI數(shù)據(jù)庫交互時必須通過一些間接的方法，一方面增加了開發(fā)難度，另一方面也導致java平臺與實時數(shù)據(jù)庫之間通信不及時。

5 實時系統(tǒng)架構解決方案

PI實時數(shù)據(jù)庫在大機組供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應用，只是其在實時系統(tǒng)應用中的一個案例，對該案例中系統(tǒng)架構部分進行詳細分析，則可看到基于PI實時數(shù)據(jù)庫的實時系統(tǒng)基礎架構，如圖6所示。

該實時系統(tǒng)架構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模式下的大容量實時數(shù)據(jù)集成分析，如電力集團實時數(shù)據(jù)分析平臺、金融數(shù)據(jù)實時分析平臺等。它的特點是：

（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)源種類復雜這一問題幾乎不會影響到系統(tǒng)的建設。

（2）系統(tǒng)的實時性好。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸部分均使用的是PI實時數(shù)據(jù)庫相關軟件，系統(tǒng)主站的實時數(shù)據(jù)采集頻率能達到秒級。

（3）系統(tǒng)采集點數(shù)沒有限制。PI實時數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)采集接口單個接口最大可實時采集上萬點，PI數(shù)據(jù)庫支持同一個接口機同時部署數(shù)個采集接口軟件。若數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡帶寬等沒有限制情況下，整個系統(tǒng)采集點數(shù)幾乎沒有限制。因此，該系統(tǒng)架構能夠很好地滿足大容量、實時系統(tǒng)的建設需求。

（4）系統(tǒng)的穩(wěn)定性高。當傳輸網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，接口機會自動保存數(shù)據(jù)，待系統(tǒng)恢復時再全部傳輸至主站。且在主站PI實時數(shù)據(jù)庫可創(chuàng)建相關的報警點、整個系統(tǒng)的性能監(jiān)視點，或查看PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)日志，以及時分析系統(tǒng)運行情況，進行相關的處理。還有系統(tǒng)的支持平臺是PI實時數(shù)據(jù)庫，其獨特的旋轉門壓縮技術能夠解決大容量數(shù)據(jù)的存儲問題，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了堅實的基礎，

6 結束語

PI實時數(shù)據(jù)庫作為商品化的實時數(shù)據(jù)庫應用平臺，在響應速度、可靠性、容量等方面具有極大優(yōu)勢，適合作為大型實時系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)平臺，但在實際應用過程中，仍需結合PI實時數(shù)據(jù)庫的特點及結構，以避免諸如其與java交互不友好等問題。

[1]盧 化，范海東.PI實時數(shù)據(jù)庫接口技術的應用[C].2006年全國發(fā)電廠DCS與SIS技術研討會暨熱工自動化專業(yè)會議論文集，2006.

[2]陳 衛(wèi).火力發(fā)電廠SIS系統(tǒng)建設的思考[C].2006年電力行業(yè)信息化年會論文集，2006.

[3]伊 旭，王 佑，趙 卓，等.基于PI實時數(shù)據(jù)庫的配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)[J].浙江電力，2011（8）：71-73.

[4]沈亞平，王曉光.PI實時數(shù)據(jù)庫在供電企業(yè)中的應用[J].繼電器，2006（34）：46-49.