秦山第二核电厂实时数据与数字化系统的接口应用

张宇科

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

秦山核电二厂3、4号机组的生产实时数据主要存储生产数据传输系统，生产数据传输系统受限于其自身底层接口的制约，每台机组DCS接入数据不超过4000点。随着数字核电建设，生产数据传输系统已不能满足信息化发展的要求。PI系统作为国际知名的实时数据库产品，在电力行业有大量的成功经验，能够很好地满足数字核电建设对核电机组数据的需求。为提升核电站在经营管理监测、安全生产监控、应急响应与支援、运行经验反馈等各方面的水平与效率，保障核电设备可靠、经济运行，设计一个综合、集中的生产实时数据、经营管理数据系统成为关键。此项目建设完成后，将形成秦山核电二厂完整的PI系统数据存储和展示体系，能够有利于核电的生产运行。

1 现状与背景

秦山核电二厂3、4号机组生产实时数据通过OPC服务器进行通讯数据传输，OPC 服务器上安装有 OPC Server，Api Admin, client Matrikon等程序，OPC Server从指定工作站AIM Historian历史数据库中读取数据，再将数据通过ODBC方式写入生产数据传输系统网关机，在生产数据传输系统网关机与其服务器间增加隔离装置，将数据外送给信息中心及应急中心进行数据监视及分析，从而实现3、4号机组生产数据实时传送功能。

图1 生产实时数据流程图Fig.1 Production real-time data flowchart

在生产运行期间，3、4号机组生产数据传输系统数据传输不稳定，OPC服务器通讯传输数据多次出现中断、失效现象，导致重要生产数据发送错误，同时向外部多次误发送停堆停机短信。生产数据传输系统数据通过OPC服务器通讯传输，稳定性低，可靠性差，传输的数据量也较小，不能满足3、4号机组生产运行所用数据。

而PI实时数据将电站控制计算机的数据引入到生产运行网中，进行二次开发和利用，并为生产管理系统和经营管理系统等提供数据。它具有良好的实时性能，支持大规模实时数据采集和展示，能有效减少存储空间，也便于大规模保存长时间的历史数据。PI实时数据提供了丰富的客户端应用程序、强大的数据处理模型和灵活的二次开发环境，其在后台支持计算、报警、批处理等多种后台服务功能，便于数据加工。

2 数据通讯方式优化

对比原生产运行数据的OPC服务器通讯传输方式，PI实时数据的传输方式优势明显，对3、4号机组生产运行数据的传输方式进行项目优化。本项目无需增加硬件服务器，且PI系统与DCS系统不存在TCP级的连接，不会影响DCS系统的正常运行。将两台DCS工作站作为通讯站，安装通讯程序，采用UDP通信协议，然后在工作站端API Server将整理好的通讯点表打包成UDP数据包，经过交换机发送到PI接口机。PI接口机将收到的UDP数据包按照事前约定的格式进行解析，然后写入PI服务器数据库，调试测试完成后即可进行生产运行数据的实时监测及分析。

图2 PI接口数据流程图Fig.2 PI Interface data flowchart

3 PI实时数据库与DCS系统的接口应用

3.1 PI实时数据库简介

PI（PIant Information System）实时数据库系统是基于服务器/客户端的（C/S）和服务器/浏览器（B/S）的应用平台，也是一个包含实时数据采集与分析的软件系统。PI作为一种较为先进的实时数据库系统，适用于各种生产流程中数据的自动采集、存储和监视，在工艺生产领域有一定的应用优势。它作为底层控制网络与上层信息系统连接的桥梁，在信息集成中扮演着特殊和重要的角色。它采用旋转门压缩技术存储数据，具有存储数据量大、搜索速度快、实时性能好的强大优势。核电厂生产运行所产生的数据量较大，需进行信息共享和管控一体化，PI实时数据库的优良性能为信息化系统的安全性、实时性提供稳定的技术支撑。

3.2 PI实时数据与DCS系统的接口

3、4号机组数字化系统采用I/A Series控制系统，DCS接口机安装API数据接口程序，其向PI接口程序提供数据，再通过网卡（RJ45）向外发送实时数据。DCS接口机以实时报文方式，通过UDP方式点对点发送到指定的接收机端口，接收机通过DEMO接收程序，可接收mesh2pc.exe发出的实时数据报文，生成datepackage_log文件。数据报文格式如下：

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

* : 1byte 报头；

S : 1byte 报头；

F : 1byte 报头；

C : 1byte 报头；

L : 1byte 报头；

* : 1byte 报头；

10 : 2bytes 报头；

Pa21 : 3bytes P（例外报文）/A（全文），11（总报文数：1，当前报文：1#）；

Y : 1byte 年（17）；

M : 1byte 月（10）；

图3 API程序运行界面Fig.3 API Program running interface

R : 1byte 日（12）；

h : 1byte 时（18）；

m : 1byte 分（58）；

s : 1byte 秒（58）；

XX : 2bytes 数据总个数；

... : XX*7bytes 数据段长度，每个数据为7bytes（1-2byte为index,3byte为status, 4-7byte为数据值）；

O : 1byte 异或校验（从报头第一个byte到数据段最后一个byte）；

* : 1byte 报尾；

L : 1byte报尾；

C : 1byte报尾；

F : 1byte报尾；

S : 1byte报尾；

* : 1byte报尾。

首先定义DCS接口机的IP地址和用户名，在目录“C:\WINDOWSsystem32driversetc”下打开hosts文件，输入IP地址和用户名（如DCS004）。再安装PI接口程序Mesh2pc.exe，定义变量列表文件Mesh2pcname，如下：

DCS004(DCS接口机，HOSTID) 2005（远程端口） 2001（本地端口）；

4（数据缓存时间） 4（数据刷新时间） 0（保留字段） 2000（报文周期（毫秒））；

1 TESTMP:BLK0.PNT 0.1 0.1 （序号 变量名 读精度 保留字段）//模拟量示例；

2 TESTMP:BLK1.CIN 0.1 0.1 （序号 变量名 读精度 保留字段）//开关量示例。

在DCS接口机控制面板中打开API程序，点击Start API运行程序，如图3所示。

运行Mesh2pc.exe程序，点击“Initial”按钮，等待“Run”按钮变可操作后按“Run”按钮，PI接口程序开始运行。PI接口程序运行后会在“d:sfcl”目录下产生index_data变量索引文件，文件包含实时数据报文的变量类型状态及数值序号，如下：

Index(00001) : TESTMP:BLK0.PNT 0；

Index(00002) : TESTMP:BLK1.CIN 0。

确认index_data变量索引文件与Mesh2pcname变量列表文件中的变量数量一致，打开目录“D:optxxxaisin”文件下的spy.exe应用程序，输入“900”数值及序号值，可验证数据是否正常发送。

通过对PI实时数据库与DCS系统的接口测试，PI接口机可正常收到DCS数字化系统传送来的实时数据，PI服务器将接收到的数据组态成各种生产流程图，便于机组生产运行数据实时监视和系统可靠性数据的分析。同时，以趋势图、棒图、报表等形式协助人员分析生产运行数据，实时显示各种类型的数据，从而实现对各生产流程进行统一的监视、分析、查询。

4 结束语

PI实时数据与DCS数字化的接口应用可以满足现场生产运行数据的需求，在响应速度、可靠性、稳定性、容量等方面具有极大优势。秦山核电二厂3、4号机组的PI实时数据系统建设完成后，整体运行情况良好，向外部传输的生产运行数据稳定。此项目的优化为核电厂生产和管理提供了大量有价值的数据信息，有利于各系统设备的可靠性分析和技术变更，提高了核电厂的整体运行和管理水平。