CN1801131A - 火电厂实时数据库系统的设置方法 - Google Patents

Abstract

火电厂实时数据库系统的设置方法，基于关系型的数据库设置方法，将生产过程的实时数据采集时，首先将控制系统的实时/历史数据转换为通用数据库格式，并对数据进行压缩、将控制系统采集的数据、时间间隔、精度以其基本形式保存，且对实时数据和历史数据用专门的文件保存；通过多种接口与控制系统连接，利用与控制系统的驱动程序，从而将所获取的数据保存到通用关系型数据库SyncBASE。满足工厂对数据采集速度、存储量的要求，将数据采集、数据压缩、生产动态浏览功能构成完整的实时数据库系统，该实时数据库也具备关系型数据库特性，满足工厂对数据采集速度、存储量的要求的实时数据库，是常规关系型数据库的数据采集速度、存储量的数百倍。

Description

火电厂实时数据库系统的设置方法

一、技术领域

本发明涉及一种实时数据库系统软件(SyncBASE)的设置方法，具体地说是一种火电厂生产过程中大量实时数据保存和分析的实时数据库系统的设置方法。

二、技术背景

随着计算机和网络通讯技术的飞速发展，现在大型电厂普遍采用DCS分散控制系统和辅助控制系统PLC，来提高机组的自动化水平。但各个控制系统之间、控制系统和厂级管理信息系统(MIS)之间往往相互孤立，成为一个个信息孤岛，不能在全厂范围内做到信息共享，从而造成信息资源的极大浪费。火电厂厂级监控信息系统(Supervisory Information System，简称SIS)就在这种情况下应运而生。

SIS系统是主要为火电厂全厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和监控的信息系统，是介于MIS系统与DCS、PLC过程自动化系统之间的中间层系统，用以集成全厂的各种控制和信息系统，为管控一体化的实现奠定基础。针对SIS系统的各种应用，需要为它选择一个实时/历史数据库系统。

针对电厂领域，数据信息的特点分析如下：

生产过程数据主要是指与生产过程有关的数据，包括机、炉、电的运行状态数据，辅助系统的运行状态参数等等。它的特点是数据的选择与生产工艺过程密切相关，数据的实时性较强，对这类数据的应用主要是在线数据监视、分析，历史数据查询等。具体来说，这些数据主要应用在如下方面：

(1)追溯过程，追忆事故；

(2)用于仪控专业的状态检修，所有的模拟量与开关量都是该专业的设备，电厂可以根据指令与完成指令的长期实时跟踪来提前发现故障，从而提高仪控系统可靠性；

(3)机、炉、电、水各专业可利用这些数据进行状态监督与分析；

(4)电厂的策划部们要使用这些数据进行性能优化并作为竞价上网的基础；

(5)数字化电厂的建设需要高可靠性，大容量，高度信息共享的数据库产品；

(6)经济安全运行的要求，不仅仅是现实世界的简单的数字化映象，更需要数据分析的工具和解决方案。

(7)管控一体化要求数据的在线分析并提供有价值的分析结果。

可以看出，电厂的这些应用对这些数据的实时性和历史数据的分辨率都要求很高。管理这部分的数据，应该选择一种实时性强、历史数据组织合理(基于时间流，便于大规模历史数据的查询)以及有丰富的过程数据监视、分析手段的数据库系统。这时实时/历史数据库产品是最佳选择。

在实时数据库产品中，使用较多的三个产品是：

(1)美国OSI公司的PI(Plant Information System)；

(2)美国HONEYWELL公司的PHD(Process History Database)；

(3)美国AspenTech公司的IP21(InfoPlus.21)。

这些实时数据库的性能当然很杰出，但是它们的价格也非常昂贵，通常以百万元人民币为单位。对于在电厂实施的SIS/MIS项目，若采用这些实时数据库，并非完全适合电厂企业的运行，必须还再加上其他应用模块，成本是不言而喻的。本发明在经过充分的调研和论证，提出一种走适合国情之路、适合国内电厂企业运行的实时数据库设置方法，并开发拥有自主知识产权的实时数据库系统软件SyncBASE。

三、发明内容

1、发明目的

本发明目的是：提出一种适合国内电厂企业运行的实时数据库设置方法，为电力行业SIS系统提供稳定、强大、易用且高性价比的实时数据库系统，用于电厂生产数据的自动采集、存储和监视，为SIS系统其他应用模块提供一个强大易用的数据平台，可及时地反馈能源的生产情况、使用情况给有关部门，为生产决策提供实时有效的数据，使能源的调度更加及时，更加合理，减少能源的消耗，降低生产成本，提高经济效益。

2、技术方案

火电厂实时数据库系统的设置方法，基于关系型的数据库设置方法，将生产过程的实时数据采集时，首先将控制系统的实时/历史数据转换为通用数据库格式，并对数据进行圧缩、将它们以其基本形式(控制系统采集的数据、时间间隔、精度)保存，且对实时数据和历史数据用专门的文件保存；通过多种接口与控制系统连接，利用与控制系统的驱动程序。从而将所获取的数据保存到通用关系型数据库，

数据采集时带有时间标签的实时数据。

在数据采集同时对数据正确性进行校验。

嵌入计算引擎，提供实用的二次计算功能，如工程单位转换、平均、累计、计数、变化率、偏差、水和蒸汽性质计算等，无需编程即可在SyncBASE内部实现性能计算等复杂计算功能。用户可利用该计算引擎，进行二次开发，实现自己所需的功能。按小时、班、天、月等自动统计各个测点的平均值、累计值、计数值等，引入报表便可实现自动报表功能。每个点的精度可按要求自行定义，已保存的数据禁止修改。并对每个点设置安全等级，只有授权用户才能访问该级别的数据。不仅可作为SIS所有计算分析程序和打印、报表所需数据的来源，还具有和MIS网络上关系型数据库的标准接口。

本发明方法实现的将数据采集、数据圧缩、生产动态浏览和等功能构成一个完整的实时数据库系统，同时该实时数据库也具备关系型数据库特性，增强复制功能，集成了Mail和Internet。它可以满足工厂对数据采集速度、存储量的要求的实时数据库，是常规关系型数据库的数据采集速度、存储量的数百倍。并且满足不同的授权用户和应用程序为实现不同目的而进行的调用，除可使用标准的SQL语句查询数据外，SyncBASE还扩展了标准SQL语句，使其完全适应于带时间标签的实时数据的查询。

数据存贮方式可采用周期性存储或增量存储两种方式。SyncBASE的最小分辨率为1秒。SyncBASE根据工厂数据冗余的特点对实时数据进行压缩。

SyncBASE实时数据库正是为以上要开发的性能强大的实时数据库系统，不但有利为数据格式的统一，而且为以后基于控制系统的二次开发打下良好基础。SyncBASE实时数据库正是为实现这一功能的服务软件，作为面向生产过程的信息系统，数据服务是其一个非常重要的功能，它要求SIS不仅能

(1)数据的采集速率达秒级，并可设置数据的优先级，确保不遗漏任何有效信息。

(2)以数据原有的时间和精度保存，并采用强力的数据压缩技术，10万点标签量可在线保存时间可达3年(80G硬盘)。

(3)生产过程数据从几百点到无限点可选，用户数从数十到无限可选。

(4)数据库支持标准的B/S(浏览器/服务器)和/或C/S(客户/服务器)结构，具有良好的开放性和可扩展性，当扩建机组的数据接入时，只需增加数据库服务器即可。

(5)支持多服务器结构和多操作系统平台：包括Windows 2000/2003 Server、IntelNT/Alapha、NT/Sun、Unix/IBM、Unix/HP、Unix/DEC、Open VMS等。

(6)可采用标准的第三方产品作为服务器和客户端的硬件。

(7)具有和绝大多数国内国外著名的DCS系统和的我国电站常用PLC系统进行连通的能力。

(8)数据库具有极高的安全可靠性和资料恢复能力，输入数据库的生产过程信息不会因为通讯故障等原因而导致数据的中断或丢失。

(9)实时数据库具有和与其联网的数据源系统的标准接口，包括前电力部推荐的DCS系统和AB、Siemens、Modicon等PLC系统以及其它通用或专用网络等。

(10)实时数据库系统具有足够的开放性并易于维护和开发，用户根据我们提供的详细资料，可以很容易地掌握对数据库的维护、二次开发和利用。

(11)实时数据库系统产品具有方便的数据备份功能。

(12)接口机与控制系统的连接可以确保机组的控制系统安全。专用的网络协议可以保证数据的单向传输，从而有效阻止针对控制系统产生的攻击，保证下层控制网络的稳定性和可靠性，不会受到ERP系统层的网络干扰。

SyncBASE实时数据库正是为以上要开发的性能强大的实时数据库系统，其主要技术指标如下：将控制系统的实时/历史数据转换为通用数据库格式，不但有利为数据格式的统一，而且为以后基于控制系统的二次开发打下良好基础。SyncBASE实时数据库正是为实现这一功能的服务软件，它基于关系型数据库，可通过多种接口与控制系统连接，目前已开发了FIX32、OPC、DDE等驱动程序。SyncBASE可以将所获取的数据保存到通用关系型数据库，如Access、SQL Server、DB2、ORACLE等，可同时提供实时数据和历史数据两种功能。快速采集并保存实时数据，并提供通用的数据接口供其他系统进行数据查询。我公司开发组通过对计算机网络拓扑结构的研究，优化选择合适的网络结构；不同网络之间的快速数据交换技术的研究及数据浏览技术的研究，取得了多项关键技术突破，解决了实时数据系统众多技术难题，在方案的先进性、系统的安全性、内容的完整性、整体实用性等方面已处于国内领先水平。该系统通过网络来进行数据交换，将所有DCS系统的实时数据安全、快速地保存并传输到MIS系统，并它本身不参与到DCS系统中去，保证了整个DCS系统的安全性。

控制系统一般采用的是非标准的数据库格式，当MIS/SIS等系统或控制系统的一些扩展功能需要控制系统的实时/历史数据时，其应用极为不便。

SyncBASE实时数据库系统利用了面向对象的技术进行开发，采用的工具是VC++6.0。面向对象技术的使用，使得该系统极易扩展和维护升级，在用户需求快速变化的今天，无疑这将使得系统具有强大的生命力。

SyncBase实时数据库是本申请人火电厂厂级实时数据管理信息系统(SIS)的核心，是整个厂级监控信息系统的数据平台。作为一款优秀的工业实时/历史数据库软件，它提供了无可比拟的易用性和高性能，可为电厂及其它工厂智能化解决方案提供可靠的数据来源。

SyncBASE由数据采集、数据圧缩、生产动态浏览和历史数据归档等功能构成一个完整的实时数据库系统，实时数据和历史数据用专门的文件保存；同时该实时数据库也具备关系型数据库特性，增强复制功能，集成了Mail和Internet。它可以满足工厂对数据采集速度、存储量的要求的实时数据库，是常规关系型数据库的数据采集速度、存储量的数百倍。除可使用标准的SQL语句查询数据外，SyncBASE还扩展了标准SQL语句，使其完全适应于带时间标签的实时数据的查询。

SyncBASE的运行性能与所用的硬件系统存在一定关系，每秒可完成5万个点数据的存取。

SyncBASE服务器可以运行于：Windows服务器操作系统、SCO、UNIX，客户端可使用大多数主流操作系统。

3、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)嵌入计算引擎，提供实用的二次计算功能，如工程单位转换、平均、累计、计数、变化率、偏差、水和蒸汽性质计算等，无需编程即可在SyncBASE内部实现性能计算等复杂计算功能。用户可利用该计算引擎，进行二次开发，实现自己所需的功能。

(2)可按小时、班、天、月等自动统计各个测点的平均值、累计值、计数值等，引入报表便可实现自动报表功能。

(3)不仅可作为SIS所有计算分析程序和打印、报表所需数据的来源，还具有和MIS网络上关系型数据库的标准接口，支持与Oracle、SQL Server、DB2、Sybase等著名数据库产品的连接和数据复制，支持API、OLEDB、ODBC、JDBC、XML等标准链接方式，并可向电厂管理信息系统(MIS)提供其所需的实时数据和计算、分析结果。

(4)其服务器和客户端的硬件可采用标准的第三方产品，软件模块严格遵循微软标准。简便的组态方式，用户可自行添加、删除和修改数据定义，多种管理、分析和显示工具易学易用，如图形用户界面，电子表格的数据接口等。

(5)每个点的精度可按要求自行定义，已保存的数据禁止修改。并对每个点设置安全等级，只有授权用户才能访问该级别的数据。

(6)能提供基于操作系统和实时数据库的双重用户的身份验证，确保实时数据库系统安全稳定可靠运行，实时数据库的系统管理可以完成对客户端用户登录服务器情况的监视，以及实时数据流量和历史数据归档流量的监视。

(7)数据库内置数据备份工具，可定期备份以防止数据存储介质的损坏和数据的丢失，支持增量备份功能。

四、附图说明

图1是本发明SyncBASE软件的用户界面；

图2是本发明SyncBASE的应用——运行报表系统

图3是本发明SyncBASE的应用——综合生产报表图

图4是本发明SyncBASE的应用——经济指标报表

五、具体实施方式

1、SyncBASE实时数据库运行环境

(1)操作系统：Windows 95/98/ME/NT4/2000/XP；建议采用Windows NT4.0或更高版本。

(2)最低配置：CPU：Pentium 166MHz；内存：64MB；显卡：VGA，256色，硬盘：5M

(3)推荐配置：用户必须考虑服务器的数据采集点数及同时连接服务器的最多客户端数，以决定服务器的配置。如果同时连接服务器的客户端数与以下的建议不同，则请调整服务器的内存大小。对于PentiumII 500MHz的PC机，推荐配置如下表。

(4)数据库：SyncBASE实时数据库的运行需要通用关系型数据库支持，理论上可以使用任一种支持标准ODBC或OLE DB接口的数据库系统。

经测试可兼容的数据库有：Access 2000；SQL Server 2000；ORACLE 9i；IBM DB25.x/7.x/8.x

数据点数	客户端数	RAM(MB)	CPU
				5000	10	256	一颗
10,000	30	512	一颗
				20,000	50	512	双颗
50,000	100	1024	双颗
				100,000	200	1024	四颗

2、SyncBASE实时数据库的性能测试

SyncBASE Server的性能受以下因素影响：

服务器配置；数据库类型；网络带宽和负荷(数据库位于远程主机时)。当以上因素确定时，SyncBASE Server的性能便已基本确定。性能测试环境如下：

服务器配置：P4 2G/256M；操作系统：Windows 2000+SP4；

性能测试结果如下：

数据库类型	极限速度(记录/秒)	磁盘空间(M/天)	CPU负荷(％)	内存(M)	说明
						Access	900	50	5	10	数据库文件超过100M时，性能急剧降低。
SQL Server	1000	100	10	150	占用内存较多，但CPU负荷率较低，速度最快。
						DB2 7.2	500	50	20	20	CPU负荷率稍高，但占用内存较少。
ORACLE 9i	600	60	15	50	性能平均。

3、SyncBASE实时数据库在SIS系统中的应用

作为科远SIS系统基础的实时数据库SyncBASE，已在20多家电厂进行了实施。SIS系统的高级应用模块，包括性能计算、耗差分析、功率考核、故障诊断、运行优化、运行报表等等，都建立在SyncBASE实时数据库基础之上，需要通过SyncBASE存取数据，来完成自己的功能。

SyncBASE实时数据库在SIS系统中的具体应用参加图2～图5。

4、SyncBASE实时数据库实施结果

科远SIS系统在电厂的实施和应用表明，科远实时数据库SyncBASE完全可以满足火电厂SIS系统的数据存取要求，而科远SIS系统的高级应用功能也在SyncBASE的支持下，取得了很好的效果，得到了用户的好评，并取得了很好的经济效益，截止2004年12月，累计实现销售收入已接近2000万元。

数据采集时嵌入计算引擎时用普通的功能函数来实现，提供实用的计算功能，将工程单位转换、平均、累计、计数、变化率、偏差、水和蒸汽性质计算嵌入。

Claims (7)

1、火电厂实时数据库系统的设置方法，基于关系型的数据库设置方法，将生产过程的实时数据采集时，其特征是首先将控制系统的实时/历史数据转换为通用数据库格式，并对数据进行压缩、将控制系统采集的数据、时间间隔、精度以其基本形式保存，且对实时数据和历史数据用专门的文件保存；通过多种接口与控制系统连接，利用与控制系统的驱动程序，从而将所获取的数据保存到通用关系型数据库。

2、由权利要求1所述的火电厂实时数据库系统的设置方法，其特征是数据采集时带有时间标签的实时数据。

3、由权利要求1或2所述的火电厂实时数据库系统的设置方法，其特征是在数据采集同时对数据正确性进行校验。

4、由权利要求1或2所述的火电厂实时数据库系统的设置方法，其特征是嵌入计算引擎，提供实用的二次计算功能，将工程单位转换、平均、累计、计数、变化率、偏差、水和蒸汽性质计算嵌入，实现计算。

5、由权利要求1所述的火电厂实时数据库系统的设置方法，其特征是按时间区分统计各个测点数据的的平均值、累计值、计数值。

6、由权利要求1所述的火电厂实时数据库系统的设置方法，其特征是采用通用的数据库访问方法，设有和MIS系统数据库的标准接口。

7、由权利要求1所述的火电厂实时数据库系统的设置方法，其特征是数据存贮方式可采用周期性存储或增量存储两种方式。

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