秦山第二核電廠實時數據與數字化系統的接口應用

張宇科

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦山核電二廠3、4號機組的生產實時數據主要存儲生產數據傳輸系統，生產數據傳輸系統受限于其自身底層接口的制約，每臺機組DCS接入數據不超過4000點。隨著數字核電建設，生產數據傳輸系統已不能滿足信息化發展的要求。PI系統作為國際知名的實時數據庫產品，在電力行業有大量的成功經驗，能夠很好地滿足數字核電建設對核電機組數據的需求。為提升核電站在經營管理監測、安全生產監控、應急響應與支援、運行經驗反饋等各方面的水平與效率，保障核電設備可靠、經濟運行，設計一個綜合、集中的生產實時數據、經營管理數據系統成為關鍵。此項目建設完成后，將形成秦山核電二廠完整的PI系統數據存儲和展示體系，能夠有利于核電的生產運行。

1 現狀與背景

秦山核電二廠3、4號機組生產實時數據通過OPC服務器進行通訊數據傳輸，OPC 服務器上安裝有 OPC Server，Api Admin, client Matrikon等程序，OPC Server從指定工作站AIM Historian歷史數據庫中讀取數據，再將數據通過ODBC方式寫入生產數據傳輸系統網關機，在生產數據傳輸系統網關機與其服務器間增加隔離裝置，將數據外送給信息中心及應急中心進行數據監視及分析，從而實現3、4號機組生產數據實時傳送功能。

圖1 生產實時數據流程圖Fig.1 Production real-time data flowchart

在生產運行期間，3、4號機組生產數據傳輸系統數據傳輸不穩定，OPC服務器通訊傳輸數據多次出現中斷、失效現象，導致重要生產數據發送錯誤，同時向外部多次誤發送停堆停機短信。生產數據傳輸系統數據通過OPC服務器通訊傳輸，穩定性低，可靠性差，傳輸的數據量也較小，不能滿足3、4號機組生產運行所用數據。

而PI實時數據將電站控制計算機的數據引入到生產運行網中，進行二次開發和利用，并為生產管理系統和經營管理系統等提供數據。它具有良好的實時性能，支持大規模實時數據采集和展示，能有效減少存儲空間，也便于大規模保存長時間的歷史數據。PI實時數據提供了豐富的客戶端應用程序、強大的數據處理模型和靈活的二次開發環境，其在后臺支持計算、報警、批處理等多種后臺服務功能，便于數據加工。

2 數據通訊方式優化

對比原生產運行數據的OPC服務器通訊傳輸方式，PI實時數據的傳輸方式優勢明顯，對3、4號機組生產運行數據的傳輸方式進行項目優化。本項目無需增加硬件服務器，且PI系統與DCS系統不存在TCP級的連接，不會影響DCS系統的正常運行。將兩臺DCS工作站作為通訊站，安裝通訊程序，采用UDP通信協議，然后在工作站端API Server將整理好的通訊點表打包成UDP數據包，經過交換機發送到PI接口機。PI接口機將收到的UDP數據包按照事前約定的格式進行解析，然后寫入PI服務器數據庫，調試測試完成后即可進行生產運行數據的實時監測及分析。

圖2 PI接口數據流程圖Fig.2 PI Interface data flowchart

3 PI實時數據庫與DCS系統的接口應用

3.1 PI實時數據庫簡介

PI（PIant Information System）實時數據庫系統是基于服務器/客戶端的（C/S）和服務器/瀏覽器（B/S）的應用平臺，也是一個包含實時數據采集與分析的軟件系統。PI作為一種較為先進的實時數據庫系統，適用于各種生產流程中數據的自動采集、存儲和監視，在工藝生產領域有一定的應用優勢。它作為底層控制網絡與上層信息系統連接的橋梁，在信息集成中扮演著特殊和重要的角色。它采用旋轉門壓縮技術存儲數據，具有存儲數據量大、搜索速度快、實時性能好的強大優勢。核電廠生產運行所產生的數據量較大，需進行信息共享和管控一體化，PI實時數據庫的優良性能為信息化系統的安全性、實時性提供穩定的技術支撐。

3.2 PI實時數據與DCS系統的接口

3、4號機組數字化系統采用I/A Series控制系統，DCS接口機安裝API數據接口程序，其向PI接口程序提供數據，再通過網卡（RJ45）向外發送實時數據。DCS接口機以實時報文方式，通過UDP方式點對點發送到指定的接收機端口，接收機通過DEMO接收程序，可接收mesh2pc.exe發出的實時數據報文，生成datepackage_log文件。數據報文格式如下：

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

* : 1byte 報頭；

S : 1byte 報頭；

F : 1byte 報頭；

C : 1byte 報頭；

L : 1byte 報頭；

* : 1byte 報頭；

10 : 2bytes 報頭；

Pa21 : 3bytes P（例外報文）/A（全文），11（總報文數：1，當前報文：1#）；

Y : 1byte 年（17）；

M : 1byte 月（10）；

圖3 API程序運行界面Fig.3 API Program running interface

R : 1byte 日（12）；

h : 1byte 時（18）；

m : 1byte 分（58）；

s : 1byte 秒（58）；

XX : 2bytes 數據總個數；

... : XX*7bytes 數據段長度，每個數據為7bytes（1-2byte為index,3byte為status, 4-7byte為數據值）；

O : 1byte 異或校驗（從報頭第一個byte到數據段最后一個byte）；

* : 1byte 報尾；

L : 1byte報尾；

C : 1byte報尾；

F : 1byte報尾；

S : 1byte報尾；

* : 1byte報尾。

首先定義DCS接口機的IP地址和用戶名，在目錄“C:\WINDOWSsystem32driversetc”下打開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，HOSTID) 2005（遠程端口） 2001（本地端口）；

4（數據緩存時間） 4（數據刷新時間） 0（保留字段） 2000（報文周期（毫秒））；

1 TESTMP:BLK0.PNT 0.1 0.1 （序號 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 變量名 讀精度 保留字段）//開關量示例。

在DCS接口機控制面板中打開API程序，點擊Start API運行程序，如圖3所示。

運行Mesh2pc.exe程序，點擊“Initial”按鈕，等待“Run”按鈕變可操作后按“Run”按鈕，PI接口程序開始運行。PI接口程序運行后會在“d:sfcl”目錄下產生index_data變量索引文件，文件包含實時數據報文的變量類型狀態及數值序號，如下：

Index(00001) : TESTMP:BLK0.PNT 0；

Index(00002) : TESTMP:BLK1.CIN 0。

確認index_data變量索引文件與Mesh2pcname變量列表文件中的變量數量一致，打開目錄“D:optxxxaisin”文件下的spy.exe應用程序，輸入“900”數值及序號值，可驗證數據是否正常發送。

通過對PI實時數據庫與DCS系統的接口測試，PI接口機可正常收到DCS數字化系統傳送來的實時數據，PI服務器將接收到的數據組態成各種生產流程圖，便于機組生產運行數據實時監視和系統可靠性數據的分析。同時，以趨勢圖、棒圖、報表等形式協助人員分析生產運行數據，實時顯示各種類型的數據，從而實現對各生產流程進行統一的監視、分析、查詢。

4 結束語

PI實時數據與DCS數字化的接口應用可以滿足現場生產運行數據的需求，在響應速度、可靠性、穩定性、容量等方面具有極大優勢。秦山核電二廠3、4號機組的PI實時數據系統建設完成后，整體運行情況良好，向外部傳輸的生產運行數據穩定。此項目的優化為核電廠生產和管理提供了大量有價值的數據信息，有利于各系統設備的可靠性分析和技術變更，提高了核電廠的整體運行和管理水平。