实时数据库在电站辅助系统一体化平台中的应用

万静英，徐卫中，陈 勤，徐军杨，刘月馨，高伟中

(1.华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台 317200;2.华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 310014)

0 引言

实时数据库［1］RTDB(Real|Time Database)是实时系统与数据库技术相结合的产物，用于处理快速变化的数据存储以及具有时间限制的事务处理.实时数据库具有实时、高效、稳定等特征，目前广泛应用于电力、石油化工、冶金、交通等领域，是生产调度监控系统、指挥系统、生产实时历史数据中心等不可或缺的基础软件.

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县栖霞乡百丈村，距离杭州150 km.整个电站由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群等建筑物组成，总装机容量为120万kW·h，包括4台单机容量为30万kW·h的水轮水泵发电机，设计年均发电量为21亿kW·h，于2006年投入运行.

随着信息化技术的快速发展，电站内部署的辅助设备及其相关的信息化管理系统越来越多，在给电站工作人员增加使用便利的同时，也让诸多辅助设备的管理和维护难度越来越高.针对这一现实情况，电站辅助系统一体化平台应运而生，它解决了电站内各个辅助设备信息化管理系统的集成一体化问题，降低了电站工作人员的日常管理和维护难度，提高了电站的安全性和可靠性.实时数据库作为电站运行数据的存储系统，在辅助系统一体化平台中起到了非常重要的作用.

1 辅助系统一体化平台介绍

辅助系统一体化平台是为了能够统一管理电站内的各个辅助设备，它将各自独立的辅助设备管理系统进行了集成和整合，能够在同一个平台中显示和操作安全生产部门所需的各个子系统的信息和数据.整个辅助系统一体化平台集成了上下库闸门监控子系统、图像监控子系统、地下厂房水淹厂房监测系统、环境监测系统、消防监控系统、火灾报警系统、暖通系统、主变油色谱在线监测系统、DTS系统、DIATECH系统和水情测报系统等，其结构框(见图1).

图1 辅助系统一体化平台结构框图

辅助系统一体化平台主要由2台主机、2套服务器、1台交换机、1套网络存储设备及前端采集控制装置等硬件设备组成，该平台的网络拓扑图(见图2).

2 实时数据库的应用

2.1 实时数据库选择

目前国内外比较流行的实时数据库产品［2］主要有OSIsoft公司的PI(Plant Information System)、Honeywell公司的 PHD(Process History Database)、Aspen-Tech公司的IP21(InfoPlus 21)等.在桐柏抽水蓄能电站辅助设备一体化平台项目中选用的是OSIsoft公司的PI实时数据库系统，它具有强大的时序数据管理能力，特别是其采用的旋转门压缩专利技术和二次过滤技术，使得存入其中的数据都经过了最有效的压缩，可以存储10年以上的历史数据，极大地节省了硬盘空间，是实时数据集成和应用的理想平台.

2.2 PI数据采集结构

在辅助系统一体化平台中，PI实时数据库存储的数据来源于各个辅助设备的数据采集终端.这些数据经过现场采集之后存储到相应的辅助设备管理系统的数据库中，然后再通过相应的接口程序和以太网定时将数据库中的数据发送到一体化平台的PI实时数据库中，从而完成辅助系统一体化平台对所有辅助设备监测数据的获取和整理［3］.在本项目中，整个PI实时数据库系统的配置结构(见图3).

2.3 PI实时数据库接口

PI系统提供了 OPC、ODBC、PI|API等多种接口方式［4］，方便灵活.OPC(OLE for Process Control)接口是一个开放性的工业标准，以微软的COM/DCOM技术为基础，采用C/S模式，使得不同的数据库和不同的DCS(Distributed Control System)集散控制系统能够以统一的标准进行存取，但是效率较低.ODBC(Open Database Connector)接口是一种标准的数据库管理系统访问方式，目前几乎得到了所有数据库系统的支持，与具体的编程语言和操作系统无关，具有很大的独立性和开放性，不过在PI系统中使用ODBC接口有较多限制.PI|API接口是PI系统自身的API，访问效率高，功能强大.因此在本项目中，选用的是PI|API接口访问方式［5］.

PI系统采用了二次过滤的数据压缩技术，其中第一次压缩在接口程序中完成.当接口程序每次接收到的数据变化很小时，数据就被过滤掉不发送给PI服务器，减少网络通信负荷.当实时数据库进行离线数据备份或发生故障时，PI|API接口程序而已将采集到的数据保存在缓存和本地硬盘上，并不断的向PI服务器发送数据传输请求，直到后者响应成功后将相关数据添加到PI实时数据库中，以确保数据的完整和延续性.

图2 辅助系统一体化平台系统间网络拓扑图

图3 数据采集结构图

在使用PI|API编写接口程序进行数据写入操作时，需要经过四个步骤:(1)使用piut_setservernode()函数设置PI实时数据库服务器名称;(2)使用piut_login()函数登录PI实时数据库服务器;(3)使用pipt_findpoint()函数获取测点(Tag)的序号(point number);4)使用pisn_putsnapshots()函数成组的写入数据.

2.4 基于PI系统的数据统计报表

PI实时数据库系统是一种基于C/S模式的模块化软件系统，主要分为服务器端模块和客户端模块.统计报表功能主要由客户端模块的PI|Process-Book(简称PI|PB)来实现，PI|PB以流程图和趋势图的方式组织和显示来自PI实时数据库和关系数据库的数据，支持TCP/IP协议，通过PI|API函数与PI数据库服务器进行数据读写通信.除此之外，还可以使用另外一种更加简易的客户端模块PI|DataLink来访问PI实时数据库服务器，像使用普通的Excel软件一样来对PI实时数据库系统中的数据进行分析、绘制报表.

3 数据库的发展趋势

数据库技术是20世纪60年代开始兴起的一种信息管理自动化的软件技术.数据模型［6］是数据库系统的核心和基础，从总体上讲，数据库技术经历了三代的演变:第一代是网状和层次型数据库系统，比如IBM公司于1969年推出的IMS(Information Management System)数据库;第二代是关系型数据库系统，关系模型具有简单、清晰的优点，比如著名的开源数据库MySQL;第三代是以面向对象数据模型为特征的数据库系统，数据模型更加丰富，数据管理功能更加强大，比如开源的面向对象数据库db4o.

目前数据库技术在与多学科技术的有机结合和面向专门应用领域两个方向发展较快.计算机技术领域新技术和新概念(比如XML数据管理［7］、数据流管理、Web数据集成［8］、数据挖掘等)对传统数据库技术产生了重大的影响，出现了一系列新型的数据库，比如分布式数据库、并行数据库、演绎数据库、多媒体库、移动数据库等.面向专门领域的实时数据库和微小型数据库这些年更是得到了长足的发展.如上文所述，实时数据库主要是处理快速变化的数据存储以及具有时间限制的事务处理，面向电力、石油化工、冶金等工业监控领域.这种实时数据库具有测点数量多、存储量大、时效性强等特点，传统的关系型数据库由于数据插入速度缓慢、维护困难、时效性差等缺点很难处理工业控制领域的大量实时数据.微小型数据库［9］是指只需要很小的内存来支持的数据库系统内核，占用的内存空间只有50kB左右，可以方便的集成到各种智能型嵌入式设备或移动设备上，在工业控制领域的下位机中也有广泛使用，比如著名的开源嵌入式数据库SQLite.除此之外，非关系型数据库NoSQL在超大规模和高并发的SNS类型Web2.0纯动态网站上发展非常迅速，NoSQL能够很好地处理数据库高并发读写、海量数据的高效率存储和访问、数据库的高扩展性和高可用性等需求.

4 结语

本文简要介绍桐柏抽水蓄能电站的辅助系统一体化平台项目情况，描述了实时数据库系统PI在一体化平台中的部署和使用情况.目前该辅助系统一体化平台项目已经通过现场测试、验收和移交，投入了正常运行，系统运行稳定良好，为桐柏抽水蓄能电站的生产、管理和决策提供了大量有价值的数据信息，提升了电站整体的信息化管理水平.

［1］叶建位，苏宏业.实时数据库系统关键技术及实现［J］.计算机应用研究，2005(3):45-47.

［2］李 蔚，盛德仁，陈坚红，等.火电厂SIS系统中实时数据库平台的选择［J］.中国 电机工程学报，2004，23(12):218-221.

［3］彭春华，林中达.PI实时数据库及其在电厂SIS系统中的应用［J］.工业控制计算机，2003，16(6):28-30.

［4］卢 化.PI实时数据库的OPC和API接口应用［J］.浙江电力，2008(S1):21-22，29.

［5］郭 强，申 莉，周 勇.PI实时数据库在株洲电厂SIS系统中的应用［J］.动力工程，2005(1):78-83.

［6］孟小峰，周龙骧，王 珊.数据库技术发展趋势［J］.软件学报，2004，15(12):1822-1836.

［7］逯 鹏，吕良双，高庆一.NativeXML数据库技术综述［J］.计算机科学，2004，31(4):84-88.

［8］王 翔.数据库技术2007年度综述与展望［J］.信息系统工程，2008(3):58-64.

［9］黄珊珊.嵌入式移动数据库关键技术及其应用研究［J］.科技信息，2008(6):125-127.