水电厂实时信息系统的平台设计与管理

苏 洁

（紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

2007年，紧水滩电厂建成了实时信息系统，该系统是在美国OSIsoft公司推出的PI实时/历史数据库的基础上建成的。通过部署在接口服务器上的应用程序，将计算机监控、水调自动化系统、大坝在线监测、机组状态在线监测、继电保护在线监测等系统的实时数据接入PI数据库服务器进行存储，同时将基于这些数据的应用发布在PI Web服务器中。实时信息系统作为管理和生产系统的桥梁，其价值正随着应用的不断丰富而日益得到提升。

1 系统架构设计要求

1.1 数据安全性

作为实时/历史数据库，首先应确保数据的安全。PI数据服务器采用集群方式，可防止因数据服务器硬件问题而导致数据丢失。

1.2 适用性

由于生产控制区（Ⅱ区）和管理信息区（Ⅲ区）之间存在物理隔离装置，如果隔离装置变更，则相应的发送接口程序都有可能需要改动，存在一定局限性。因此考虑先将生产控制区系统的数据汇集到Ⅱ区的PI接口服务器上，然后通过统一的接口穿过隔离装置，将数据发送到Ⅲ区的PI接口服务器。这样即使今后隔离装置变更，也只需更改一个接口程序，适用性较高。

2 接口设计要求

接口设计应满足接入数据的正确性、完整性和实时性，以及接口的稳定性、维护的便捷性等要求。

（1）PI测点自动维护：PI接口应用程序应能根据在线系统发出的信息自动创建、修改和删除PI测点。

（2）数据召唤：通过数据召唤功能实现因特殊原因导致系统非正常运行后的数据补招。

（3）数据缓存：当PI服务器发生故障或网络出现故障时，PI接口程序应能继续工作，并将采集到的数据先保存在内存缓冲区中，然后再保存到本地硬盘上。PI接口程序不断地检测PI服务器和PI数据接入网络，一旦PI服务器或网络恢复正常，PI接口程序可以将数据及时补送回PI服务器中，以确保数据不丢失。

（4）多协议支持：因为PI数据库需接入多种数据源系统的数据，针对不同系统可以采用不同的协议来接入数据，例如基于TCP、FTP的私有协议，IEC 61970 CIS接口，101（104）规约，甚至从数据库直接读取。

（5）效率：数据接入PI数据库过程中的瓶颈主要是写入数据库的效率。为了提高效率，应采用批量写入数据的方法。

3 目前的系统架构

基于上述设计原则，紧水滩电厂的PI数据服务器采用集群方式，数据库系统和数据均存储在磁盘阵列中，数据采用统一接入方式。Ⅱ区和Ⅲ区通过正向物理隔离装置通信。Ⅱ区数据向Ⅱ区PI接口服务器发送，并通过隔离装置向Ⅲ区的PI接口服务器发送数据；Ⅲ区的数据直接发送到Ⅲ区的PI接口服务器，由接口服务器向PI数据库写入数据。系统架构如图1所示。

图1 系统架构图

数据接入系统分成数据接收子系统和数据写入子系统两部分，分别完成与数据源系统的通信以及数据解析和持久写入等功能。数据传输采用“变化发送”的数据发送机制，有效过滤不变化或变化不大的数据。

针对某些因特殊原因导致数据接收不正常或数据无法写入到PI数据库的情况，设置了数据缓存功能，从而保证数据的完整性。缓存数据按接收的顺序排列，当数据写入数据缓存器后，系统通过回调方式调用数据写入子系统读取数据。同时设计数据同步机制，在以下几种情况下进行数据同步：

（1）首次通信，初始化同步数据。

（2）发送系统故障重启后，由发送系统发送一次全数据。

（3）接收系统通过数据召唤的方式进行人工数据同步。

由于通信原因造成的数据同步问题，可由数据发送方采取相应措施来保证数据的再次送达，例如由发送系统缓存未发送成功的数据等。

4 系统日常管理

4.1 服务器运行状况监视

由于PI系统服务器较多，运行维护人员要分别登录到每台服务器上查看CPU、内存和硬盘使用率等信息，工作较繁琐且容易出错。为此利用PI SNMP接口，通过简单网络管理协议获取PI服务器的性能信息，并将这些信息以数据形式存入已创建在PI数据库中的相应测点，对这些数据计算后即可获得服务器设备的相关信息。目前已经接入的服务器包括PI数据服务器、PI接口服务器及PI Web服务器。监视内容有PI服务器是否运行、网络连接是否正常、服务器运行负载是否正常等。监视画面示例见图2、图3。

图2 系统性能监视图

图3 服务器系统性能

4.2 PI数据库运行状况监视

通过系统管理工具SMT查看PI数据库运行情况，监视内容包括PI数据库是否运行、网络通信是否正常、PI数据库运行负载/增量情况。PI数据库运行负载情况可通过测点使用率（已用/未用）、归档文件切换速率等参数来衡量。判断PI数据库是否运行的依据是PI Server主要服务的启用情况和PI Server进程的运行情况。判断网络通信是否正常的依据是服务器5450端口的连通情况。归档文件监测包括归档文件的大小、已满归档文件数、空闲归档文件数等。

4.3 PI数据监视

PI数据监视内容主要是通过监视典型测点数据来掌握数据接口的运行情况和PI数据写入延迟情况。

4.4 PI数据备份

对PI数据的备份主要采用两种方式，一种是在命令提示符下执行pibackupcluster.bat命令，将PI数据库中测点的相关信息、数据档案以及日志文件分别备份到指定目录下。另一种方式是利用Veritas备份系统的文件备份功能，在线备份数据目录下的文件，将数据存放在磁带中。

5 结语

PI系统平台自2007年投入运行以来，总体运行情况良好。但由于PI接口服务器没有热备用，在PI接口程序运行出错及PI接口服务器硬件有问题时，仍会导致缓存数据丢失。

随着接入PI系统的数据日益增加和应用的不断深化，应针对PI系统存在的问题，进一步优化PI系统的平台架构，并加强PI系统的运维管理，确保PI系统安全可靠运行。