水電廠實時信息系統(tǒng)的平臺設計與管理

蘇 潔

（緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

2007年，緊水灘電廠建成了實時信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在美國OSIsoft公司推出的PI實時/歷史數(shù)據(jù)庫的基礎上建成的。通過部署在接口服務器上的應用程序，將計算機監(jiān)控、水調(diào)自動化系統(tǒng)、大壩在線監(jiān)測、機組狀態(tài)在線監(jiān)測、繼電保護在線監(jiān)測等系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫服務器進行存儲，同時將基于這些數(shù)據(jù)的應用發(fā)布在PI Web服務器中。實時信息系統(tǒng)作為管理和生產(chǎn)系統(tǒng)的橋梁，其價值正隨著應用的不斷豐富而日益得到提升。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設計要求

1.1 數(shù)據(jù)安全性

作為實時/歷史數(shù)據(jù)庫，首先應確保數(shù)據(jù)的安全。PI數(shù)據(jù)服務器采用集群方式，可防止因數(shù)據(jù)服務器硬件問題而導致數(shù)據(jù)丟失。

1.2 適用性

由于生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅱ區(qū)）和管理信息區(qū)（Ⅲ區(qū)）之間存在物理隔離裝置，如果隔離裝置變更，則相應的發(fā)送接口程序都有可能需要改動，存在一定局限性。因此考慮先將生產(chǎn)控制區(qū)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集到Ⅱ區(qū)的PI接口服務器上，然后通過統(tǒng)一的接口穿過隔離裝置，將數(shù)據(jù)發(fā)送到Ⅲ區(qū)的PI接口服務器。這樣即使今后隔離裝置變更，也只需更改一個接口程序，適用性較高。

2 接口設計要求

接口設計應滿足接入數(shù)據(jù)的正確性、完整性和實時性，以及接口的穩(wěn)定性、維護的便捷性等要求。

（1）PI測點自動維護：PI接口應用程序應能根據(jù)在線系統(tǒng)發(fā)出的信息自動創(chuàng)建、修改和刪除PI測點。

（2）數(shù)據(jù)召喚：通過數(shù)據(jù)召喚功能實現(xiàn)因特殊原因?qū)е孪到y(tǒng)非正常運行后的數(shù)據(jù)補招。

（3）數(shù)據(jù)緩存：當PI服務器發(fā)生故障或網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，PI接口程序應能繼續(xù)工作，并將采集到的數(shù)據(jù)先保存在內(nèi)存緩沖區(qū)中，然后再保存到本地硬盤上。PI接口程序不斷地檢測PI服務器和PI數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡，一旦PI服務器或網(wǎng)絡恢復正常，PI接口程序可以將數(shù)據(jù)及時補送回PI服務器中，以確保數(shù)據(jù)不丟失。

（4）多協(xié)議支持：因為PI數(shù)據(jù)庫需接入多種數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，針對不同系統(tǒng)可以采用不同的協(xié)議來接入數(shù)據(jù)，例如基于TCP、FTP的私有協(xié)議，IEC 61970 CIS接口，101（104）規(guī)約，甚至從數(shù)據(jù)庫直接讀取。

（5）效率：數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫過程中的瓶頸主要是寫入數(shù)據(jù)庫的效率。為了提高效率，應采用批量寫入數(shù)據(jù)的方法。

3 目前的系統(tǒng)架構(gòu)

基于上述設計原則，緊水灘電廠的PI數(shù)據(jù)服務器采用集群方式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)均存儲在磁盤陣列中，數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一接入方式。Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)通過正向物理隔離裝置通信。Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)向Ⅱ區(qū)PI接口服務器發(fā)送，并通過隔離裝置向Ⅲ區(qū)的PI接口服務器發(fā)送數(shù)據(jù)；Ⅲ區(qū)的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到Ⅲ區(qū)的PI接口服務器，由接口服務器向PI數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)分成數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)寫入子系統(tǒng)兩部分，分別完成與數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的通信以及數(shù)據(jù)解析和持久寫入等功能。數(shù)據(jù)傳輸采用“變化發(fā)送”的數(shù)據(jù)發(fā)送機制，有效過濾不變化或變化不大的數(shù)據(jù)。

針對某些因特殊原因?qū)е聰?shù)據(jù)接收不正常或數(shù)據(jù)無法寫入到PI數(shù)據(jù)庫的情況，設置了數(shù)據(jù)緩存功能，從而保證數(shù)據(jù)的完整性。緩存數(shù)據(jù)按接收的順序排列，當數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩存器后，系統(tǒng)通過回調(diào)方式調(diào)用數(shù)據(jù)寫入子系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)。同時設計數(shù)據(jù)同步機制，在以下幾種情況下進行數(shù)據(jù)同步：

（1）首次通信，初始化同步數(shù)據(jù)。

（2）發(fā)送系統(tǒng)故障重啟后，由發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送一次全數(shù)據(jù)。

（3）接收系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)召喚的方式進行人工數(shù)據(jù)同步。

由于通信原因造成的數(shù)據(jù)同步問題，可由數(shù)據(jù)發(fā)送方采取相應措施來保證數(shù)據(jù)的再次送達，例如由發(fā)送系統(tǒng)緩存未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)等。

4 系統(tǒng)日常管理

4.1 服務器運行狀況監(jiān)視

由于PI系統(tǒng)服務器較多，運行維護人員要分別登錄到每臺服務器上查看CPU、內(nèi)存和硬盤使用率等信息，工作較繁瑣且容易出錯。為此利用PI SNMP接口，通過簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議獲取PI服務器的性能信息，并將這些信息以數(shù)據(jù)形式存入已創(chuàng)建在PI數(shù)據(jù)庫中的相應測點，對這些數(shù)據(jù)計算后即可獲得服務器設備的相關信息。目前已經(jīng)接入的服務器包括PI數(shù)據(jù)服務器、PI接口服務器及PI Web服務器。監(jiān)視內(nèi)容有PI服務器是否運行、網(wǎng)絡連接是否正常、服務器運行負載是否正常等。監(jiān)視畫面示例見圖2、圖3。

圖2 系統(tǒng)性能監(jiān)視圖

圖3 服務器系統(tǒng)性能

4.2 PI數(shù)據(jù)庫運行狀況監(jiān)視

通過系統(tǒng)管理工具SMT查看PI數(shù)據(jù)庫運行情況，監(jiān)視內(nèi)容包括PI數(shù)據(jù)庫是否運行、網(wǎng)絡通信是否正常、PI數(shù)據(jù)庫運行負載/增量情況。PI數(shù)據(jù)庫運行負載情況可通過測點使用率（已用/未用）、歸檔文件切換速率等參數(shù)來衡量。判斷PI數(shù)據(jù)庫是否運行的依據(jù)是PI Server主要服務的啟用情況和PI Server進程的運行情況。判斷網(wǎng)絡通信是否正常的依據(jù)是服務器5450端口的連通情況。歸檔文件監(jiān)測包括歸檔文件的大小、已滿歸檔文件數(shù)、空閑歸檔文件數(shù)等。

4.3 PI數(shù)據(jù)監(jiān)視

PI數(shù)據(jù)監(jiān)視內(nèi)容主要是通過監(jiān)視典型測點數(shù)據(jù)來掌握數(shù)據(jù)接口的運行情況和PI數(shù)據(jù)寫入延遲情況。

4.4 PI數(shù)據(jù)備份

對PI數(shù)據(jù)的備份主要采用兩種方式，一種是在命令提示符下執(zhí)行pibackupcluster.bat命令，將PI數(shù)據(jù)庫中測點的相關信息、數(shù)據(jù)檔案以及日志文件分別備份到指定目錄下。另一種方式是利用Veritas備份系統(tǒng)的文件備份功能，在線備份數(shù)據(jù)目錄下的文件，將數(shù)據(jù)存放在磁帶中。

5 結(jié)語

PI系統(tǒng)平臺自2007年投入運行以來，總體運行情況良好。但由于PI接口服務器沒有熱備用，在PI接口程序運行出錯及PI接口服務器硬件有問題時，仍會導致緩存數(shù)據(jù)丟失。

隨著接入PI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)日益增加和應用的不斷深化，應針對PI系統(tǒng)存在的問題，進一步優(yōu)化PI系統(tǒng)的平臺架構(gòu)，并加強PI系統(tǒng)的運維管理，確保PI系統(tǒng)安全可靠運行。