基于實時數據庫的狀態監視系統實現

田甜

(華電章丘發電有限公司，濟南 250216)

0 引言

作為發電廠廠級監控信息系統(SIS)的基礎系統——實時數據庫系統，是發電廠生產控制層與管理信息層數據傳輸的橋梁，同時也是基于生產數據應用系統建設的基礎平臺。隨著無線傳輸、物聯網、大數據、數據挖掘、并行計算等技術的迅速發展，基于歷史、實時數據的大數據分析、故障診斷、設備可靠性分析及狀態預警等多種應用系統如春筍般涌現，生產數據應用水平得到了突飛猛進的發展，導致發電企業實時數據庫系統的重要程度逐步提高。

本文主要立足于發電廠實時數據庫系統，介紹在研究單位已有系統架構基礎上，對系統進行完善和優化，搭建狀態監視系統，實現運維人員基于主動式運維，提高實時數據庫系統對生產數據采集、傳輸、存儲和應用的可靠性，保證電廠側、集團側業務應用人員對改進生產數據持續性、有效性的需要，從而促進公司精益化管理水平的提高。

1 實時數據庫基礎知識

根據定義，實時數據庫是數據和事務都有顯式定時限制的一種文件數據庫[1]，其3個主要屬性為當前值、采樣時間和采樣頻率。發電廠實時數據庫系統是以實時數據庫為核心，采集現場生產過程數據，經過網絡、防火墻或隔離設備將數據傳輸到管理信息區進行存儲、管理，并實現基于生產數據分析和二次應用的一整套系統。在發電廠實時數據系統中，主要包括以下幾個部分。

(1)生產數據過程數據采集接口，包括發電廠主機分布式控制系統(DCS)系統數據接口、脫硫系統數據接口、電能量系統數據接口、輔網系統數據接口等。

(2)二次安全防護。根據《電力二次系統安全防護規定》對發電廠生產控制區實施的防護措施。

(3)實時數據庫。用于生產數據存儲和對外提供生產數據的數據庫。

(4)基于實時數據庫的生產過程監視、數據分析和基本應用。

(5)數據對外接口，包括其他業務系統和集團公司數據接口。

2 現狀分析

當前，數字化電廠建設已成為目前發電廠信息化中比較熱門的內容之一，數字化電廠在原架構的SIS網絡基礎上，在廠級生產數據中心增加廠級運營優化增值服務概念[2]，因而實時數據庫系統作為其基礎內容一直是各發電企業最主要的基礎系統。

發電廠實時數據庫系統的建設，通過現場生產過程數據的自動采集和上傳，實現了生產、管理人員在管理信息網上對生產過程的實時監視和生產數據分析，解決了部分管理工作對生產過程數據的需求問題，系統的應用在提高辦公自動化的同時，也提升了生產、管理智能化的發展，為智能發電廠、設備故障診斷與分析、數據挖掘技術的運行優化和輔助運行應用的建設提供數據基礎，從而奠定了發電企業生產、經營管理決策制定的數據支撐。

但由于發電企業的行業特點，實時數據庫系統普遍存在如下特點。

(1)隨機故障。隨著環保、節能降耗意識的提高,數據的實時性、可靠性越來越受重視，傳統的運維過程中，數據中斷后，往往由使用部門發現，如恰逢假期，使用人員少，可能中斷時間更長。

(2)設備分散，故障定位難。實時數據庫系統網絡跨生產控制區、生產非控制區、生產管理區、管理信息區等多個信息安全區[3]，且網絡空間位置從生產現場到信息機房分散比較廣，當網絡出現故障時，故障點很難定位，逐步排查時間比較長。

(3)數據單向傳遞。生產數據從控制區到管理區單向傳遞，傳統的數據雙向交互維護方式無法應用。

(4)部門協作要求高。系統取數的控制系統，隸屬于檢修、電氣、燃料等不同部門，從生產現場到管理區，屬于信息部門。增刪點、故障排查等一系列維護工作，需要不同部門間協調有力。

3 狀態監視系統方案

實時數據庫系統狀態監視平臺建設主要分為5個部分，首先是構建通訊狀態的采集及存儲方案，為各功能提供數據基礎，其次是建立故障診斷的模型，達到故障定位的目的，同時為了改變傳統被動維護的現象，建立短信報警及狀態監視的展示系統，在故障發生后，能夠及時發現，從被動的響應維護，轉變為主動定向排故的目的。

3.1 狀態的采集及存儲

在傳統的數據采集基礎上，增加數據通訊狀態的采集，數據狀態經過單向隔離，層層傳遞到管理區。如圖1所示，接口通訊狀態、操作系統狀態、數據庫狀態、網絡狀態等，經過不同的匯集系統和單向隔離裝置后，最終進入到管理區匯集、存儲。

圖1 狀態數據采集與傳輸

3.2 建立故障定位分析模型

根據系統采集的各類狀態，進行分析判斷，確定狀態數據是否可靠，然后根據不同的數據通道類型建立不同的故障診斷模型，同時針對實時數據庫，建立有效的狀態監測機制。在實時數據庫系統中，故障點主要有幾種情況：數據源頭失聯；程序異常退出；操作系統斷電失聯；網絡通訊中斷；隔離失聯；實時數據庫工作異常和數據庫同步異常。針對以上問題，提取有效的故障特征，建立明確的故障依賴關系，實時動態分析，最終達到實時診斷、故障定位的目的。

3.3 建立短信報警機制

根據故障原因、涉及部門，將短信定向發給相關負責人。短信內容包括故障時間(開始時間、結束時間)、位置(故障設備、中斷位置)、原因(網絡故障原因，設備原因)、建議(重啟設備、排查網絡)等，降低了故障排查的難度，提高了運維效率。

3.4 建立狀態監視展示系統

為了實時掌握系統的運行情況，確保以上功能能夠有效運行，同時接口系統多分布在短信不可達的區域，以及各移動運營商對短信批量發送的限制機制，保證在接收到第1次故障后，在排故消缺的過程中，能夠及時獲取接口狀態及故障轉移情況，建立數據狀態監視展示系統。

3.5 移動監控

為了防止在假期、休班、晚上等離廠的環境下，能夠實時掌握數據通訊狀態，建立對狀態監視的移動監控系統，保證整套監控系統不受區域、時間上的限制，真正實現“故障及時發現、故障快速識別、故障準確定位和故障即時恢復”的目的。

4 結束語

實時數據庫系統狀態監視系統的建設滿足了發電廠對生產數據從采集、傳輸到管理、運維的工作需要，提高了底層生產數據服務的持續性、安全性及可靠性。在我廠投入使用的1年中，該系統報警達到20余次，并借助系統提供的功能，大大減少了數據中斷的時間和故障排查的難度，提升了運維效率。同時采用集中管理方式，實現了全廠生產數據采集和傳輸系統的集中統一管理與運維，為發電企業對精益化管理提升和環保型、節能型、及智能化、數字化電力企業的建設目標的實現奠定了基礎。