PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺架構(gòu)優(yōu)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，接入了調(diào)度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、電能量、設(shè)備在線監(jiān)測等系統(tǒng)的大量實時/歷史數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)管控一體化打下了堅實的基礎(chǔ)。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至目前，全省共計接入了120余萬個測點的實時/歷史數(shù)據(jù)，形成了真正的海量實時/歷史數(shù)據(jù)平臺。為了加快PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)，浙江省電力公司于2010年開始對PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行了深化研究和應(yīng)用推廣，并將其確定為管理信息大區(qū)唯一的實時/歷史數(shù)據(jù)交換平臺。

1 現(xiàn)有PI系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)部署方式

目前，浙江省電力公司PI系統(tǒng)采用省、地兩級分布式部署架構(gòu)，如圖1所示，省電力公司與地市電力局各部署一套PI系統(tǒng)，由PI數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、PI接口服務(wù)器和PI Web服務(wù)器組成。每套系統(tǒng)分別采集和存儲不同區(qū)域的實時/歷史數(shù)據(jù)，并存入各自的PI數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。采集數(shù)據(jù)以SCADA系統(tǒng)和電量系統(tǒng)為主，同時還有部份設(shè)備和系統(tǒng)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

地市電力局之間沒有數(shù)據(jù)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?jǐn)?shù)據(jù)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(shù)據(jù)通過PI-to-PI接口實時同步到省電力公司服務(wù)器。

圖1 現(xiàn)有PI系統(tǒng)部署圖

國家電網(wǎng)公司要求集中建設(shè)和部署信息化系統(tǒng)軟硬件，以減少目前以指數(shù)級增長的系統(tǒng)運維成本。PI系統(tǒng)服務(wù)器的省、地兩級部署方式雖然便于快速、安全地接入數(shù)據(jù)，但由于網(wǎng)絡(luò)安全訪問管理要求以及PI數(shù)據(jù)庫客戶端訪問方式的限制，已給進(jìn)一步拓展實時/歷史數(shù)據(jù)的應(yīng)用造成障礙。如何既符合國家電網(wǎng)公司倡導(dǎo)的信息化系統(tǒng)建設(shè)理念，又最大限度地利用浙江省電力公司PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為應(yīng)用開發(fā)提供了非常方便和實用的開發(fā)工具：用于圖形開發(fā)的工具ProcessBook和用于報表開發(fā)的Excel插件DataLink，兩者均通過PI-SDK獲取PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實時/歷史數(shù)據(jù)。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(wù)器方式

目前，大多數(shù)PI數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)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(fā)布到網(wǎng)站，均要通過PI-SDK與PI服務(wù)器建立連接，才能獲取實時/歷史數(shù)據(jù)的更新，如果這種訪問是跨安全區(qū)域的，就會給網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置帶來不小的麻煩。

例如，省電力公司安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS）有一項湖州電力局PI實時/歷史數(shù)據(jù)相關(guān)的應(yīng)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(nèi)的其他所有區(qū)域用戶如果要使用該功能，均需開通湖州電力局PI服務(wù)器的訪問權(quán)限。

無論PI服務(wù)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(qū)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的220kV及以上SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過PI-to-PI接口復(fù)制到省電力公司PI服務(wù)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(yīng)用集成的不斷深入，加上接入數(shù)據(jù)的不斷增多，這種方式已經(jīng)愈來愈不適應(yīng)管理的要求。

2 平臺架構(gòu)優(yōu)化方式

2.1 PI數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

（1）保留現(xiàn)有省、地PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，就近接入、就近維護(hù)，降低數(shù)據(jù)傳輸量，提高數(shù)據(jù)接入的可靠性和數(shù)據(jù)訪問效率。

（2）在不同安全區(qū)域部署統(tǒng)一訪問服務(wù)器，構(gòu)建PI實時/歷史數(shù)據(jù)訪問總線，將統(tǒng)一訪問服務(wù)器作為總線入口。統(tǒng)一訪問總線用以屏蔽PI客戶端到PI數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的直接訪問，網(wǎng)絡(luò)安全管理只針對統(tǒng)一訪問服務(wù)器到PI服務(wù)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(wù)器到省電力公司PI服務(wù)器的PI-to-PI數(shù)據(jù)復(fù)制，改為通過統(tǒng)一訪問服務(wù)器連接各地PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。所有PI客戶端使用相同的PI-SDK連接配置連接到統(tǒng)一訪問服務(wù)器，并由統(tǒng)一訪問服務(wù)器連接到相應(yīng)的PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫。這樣，在不同區(qū)域開發(fā)的PI ProcessBook或DataLink應(yīng)用就可以在全省任何部署了統(tǒng)一訪問服務(wù)器的場合使用。具體部署方案如圖3所示。

2.2 數(shù)據(jù)接入服務(wù)器

根據(jù)“就近接入、就近維護(hù)”的原則，通常考慮在數(shù)據(jù)源或PI服務(wù)器的附近部署數(shù)據(jù)接入服務(wù)器，如圖4所示。

圖3 PI系統(tǒng)服務(wù)器部署方式

圖4 數(shù)據(jù)接入邏輯框圖

一臺數(shù)據(jù)接入服務(wù)器可以安裝多個PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)接入接口，一個PI寫入進(jìn)程只對應(yīng)一個PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫，多個實時/歷史數(shù)據(jù)接收/發(fā)送進(jìn)程可以調(diào)用同一個PI寫入進(jìn)程。應(yīng)盡量將相同數(shù)據(jù)源接入的實時/歷史數(shù)據(jù)寫入到同一PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫中。可使用多個PI寫入進(jìn)程同時將數(shù)據(jù)寫入到同一個PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫，以提高PI寫入的效率。

原則上，一個區(qū)域（地市電力局）的所有PI數(shù)據(jù)接入應(yīng)使用同一個模型庫，便于模型的整合與維護(hù)。模型使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲，其數(shù)據(jù)交換格式符合DL/T 890 CIM標(biāo)準(zhǔn)。使用PI-ICU工具管理和監(jiān)控PI數(shù)據(jù)接入接口的部署和運行。

2.3 統(tǒng)一訪問服務(wù)器

增加統(tǒng)一訪問服務(wù)器并部署在不同的網(wǎng)絡(luò)安全控制區(qū)域。統(tǒng)一訪問服務(wù)器部署與否與該區(qū)域是否部署PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)器無關(guān)，即使本地沒有PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，如果需要訪問PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)，也應(yīng)該安裝統(tǒng)一訪問服務(wù)器，便于訪問其它區(qū)域的PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

統(tǒng)一訪問服務(wù)器與PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接是固定的，所有統(tǒng)一訪問服務(wù)器組成PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問總線，見圖5。

圖5 PI統(tǒng)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(tǒng)一訪問服務(wù)器，并由統(tǒng)一訪問服務(wù)器統(tǒng)一管理與PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接。

除了滿足PI-SDK統(tǒng)一訪問的要求外，根據(jù)統(tǒng)一訪問服務(wù)器提供服務(wù)的性質(zhì)不同，還可以DL/T 890 CIS方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)層服務(wù)總線，以及以Web Service和SOA技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)層服務(wù)總線。

對PI用戶（或PI客戶端工具）來說，PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫是透明的，即無論PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的部署方式發(fā)生何種變化（集中、分布），只需修改統(tǒng)一訪問服務(wù)器的PI連接配置即可，PI應(yīng)用只與統(tǒng)一訪問服務(wù)器發(fā)生數(shù)據(jù)交互。

2.4 PI應(yīng)用服務(wù)器

PI應(yīng)用服務(wù)器是指部署PI應(yīng)用的Web服務(wù)器，原則上應(yīng)單獨部署，即PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)接入服務(wù)器以及統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器應(yīng)分開部署，采用集群冗余配置。

圖6是PI客戶端訪問PI應(yīng)用服務(wù)器的邏輯框圖，圖中箭頭表示應(yīng)用和數(shù)據(jù)的調(diào)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(tǒng)一訪問服務(wù)器連接，由統(tǒng)一訪問總線訪問PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫中的測點信息和實時/歷史數(shù)據(jù)。

對于Web應(yīng)用，客戶端請求部署在PI應(yīng)用服務(wù)器中的應(yīng)用，如果請求的網(wǎng)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(tǒng)一訪問服務(wù)器建立連接。通過Ajax或SOAP調(diào)用PI應(yīng)用服務(wù)器相應(yīng)的統(tǒng)一訪問服務(wù)封裝，例如通過SVG Viewer展示廠站一次接線圖，并通過SOAP協(xié)議調(diào)用“PI實時數(shù)據(jù)更新”服務(wù)封裝，獲取PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)更新。

省電力公司的PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)建在Windows環(huán)境下，所提供的PI-API和PI-SDK只能用于Windows環(huán)境，因此，如果采用Web服務(wù)器來發(fā)布PI應(yīng)用，應(yīng)盡量使用Windows提供的IIS服務(wù)器。發(fā)布在PI應(yīng)用服務(wù)器中的文件宜采用ActiveView控件進(jìn)行展示。

3 體系架構(gòu)優(yōu)化

經(jīng)過優(yōu)化的PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示。無論部署方式如何變化，PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在邏輯上應(yīng)是統(tǒng)一、不可分割的。

在數(shù)據(jù)層，支持DL/T 860智能化變電站標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的數(shù)據(jù)接入，支持多方式和多協(xié)議的圖、數(shù)、模數(shù)據(jù)接入，支持多種方式的實時/歷史數(shù)據(jù)存儲，支持通過電力行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)DL/T 890統(tǒng)一訪問實時/歷史數(shù)據(jù)。

在業(yè)務(wù)層，通過Web Service提供通用的圖、數(shù)、模數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，并在基本服務(wù)的基礎(chǔ)上，通過SOA技術(shù)，組合各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢方式，提供可擴展的企業(yè)業(yè)務(wù)總線服務(wù)。

圖6 PI客戶端訪問框圖

圖7 PI系統(tǒng)體系架構(gòu)

在展示層，通過Web發(fā)布方式，支持個性化應(yīng)用的發(fā)布，集中發(fā)布、集中開發(fā)、集中管理、集中維護(hù)PI應(yīng)用，為各大信息化系統(tǒng)提供PI應(yīng)用支撐。

4 結(jié)語

國家電網(wǎng)公司“十二五”規(guī)劃明確要求信息化系統(tǒng)應(yīng)成為智能電網(wǎng)建設(shè)的強有力支撐。PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為浙江省電力公司重要的數(shù)據(jù)中心平臺之一，在建設(shè)的初期就確定了全省統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一發(fā)展的目標(biāo)。如何在新形勢下更好地為電力信息化系統(tǒng)建設(shè)服務(wù)，是我們需要考慮的首要問題。PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺架構(gòu)經(jīng)過本文所述的各項優(yōu)化后，能更好地適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)的要求。

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