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数据库管理系统
浙江公司“实时/历史数据库管理系统在电网企业的应用研究”项目通过验收
2007年3月11日,“实时/历史数据库管理系统在电网企业的应用研究”项目通过了国家电网公司验收,验收委员会认为:
该项目是在国内省级电网企业的首次大规模应用,是数字化电网和SG186建设的组成部分,取得了良好的经济和社会效益。
开发的SCADA-PI图数模一体化接口和PI-MDB电网层次模型属自主技术创新。
综合水平处于国内领先、国际先进。
“实时/历史数据库管理系统在电网企业的应用研究”项目在浙江省电力公司各级领导直接关心和指导下,经过三年多时间的建设完成。
采用了国际上先进的实时/历史数据存储和管理技术,经过可行性论证及平台选择、试点应用、全面推广应用、全面培训、提升应用五个阶段,建立了全省统一的基于PI的省、地两级电网的实时/历史数据管理平台,将全省电网SCADA、厂站自动化、电能量、在线监测、负荷控制等系统的多种实时数据统一到该平台进行统一存储与管理,提高了电网实时/历史数据的共享度、集成度、开放性及利用率,为电网企业生产、经营管理和决策等提供了及时、准确的实时/历史数据。
同时,围绕“应用PI系统,激活实时数据;投身PI竞赛,展现创新智慧。
”主题,开展群众性的应用竞赛,引导激励广大职工,特别是基层班组的员工应用新技术的主动性与创造性,目前,专业人员结合岗位需求,在电网调度、规划、计划、运行,输变电设备管理,配电网运行与管理,营销等方面自主开发了200多个个性化的应用。
通过该项工作,浙江公司在通过数字来全方位地描述电网和设备的实际状态,支撑电网和设备运行、维护、管理精细化和电网规划科学决策的精细化方面进行了有益的尝试,是数字化电网实践的典型案例。
浙江省电力公司将进一步总结经验,不断通过将群众性创新中的闪光点进行进一步提炼和上升,形成实时/历史数据的标准化应用,同时通过持续开展群众性的创新,产生新的亮点和标准化应用,为深化数字化电网的建设和实践,实现企业电网的知识管理作贡献。
信息来源:
浙江省电力公司
PI实时数据库应用于国华台电
2007-08-0611:
21:
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国华台电全称为广东国华粤电台山发电有限公司,位于广东省台山市铜鼓湾,依山傍海,风景优美,是一家花园式发电企业。
国华台电成立于2001年3月,1、2号两台60万千瓦发电机组分别于2003年12月与2004年4月投产,目前3、4、5号三台60万千瓦机组在建。
按该厂二期规划,还将新建6台100万千瓦机组,总装机容量达到900万千瓦,届时将成为亚洲最大的单体火力发电厂。
基于国华电力集团高层领导的重视,国华台电信息化建设水平居国内电厂领先地位,也是集团内的标兵企业,其起点高、投入大、应用有成效,与生产联系密切。
在这其中,来自OSIsoft公司的PI实时数据库系统承担着基础实时数据处理平台的角色,其应用有特色,并在电力行业具有相当强的示范意义。
焦党育,国华台电安健环部IT主管及其领导的团队负责了PI系统的具体实施,他与我们分享了项目实施过程中的经验与体会。
CEChina:
简单介绍国华台电信息化建设的整体思路与系统结构。
焦:
整个国华电力在信息化建设工作上本着总体设计、统一规划、从上到下建设的原则,旗下电厂主要的信息管理解决方案完全一致,从管理平台上进行统一,避免电厂之间信息孤岛和不统一,为集团公司信息共享奠定基础。
我们引进管理软件目的是为了引进管理思想,本着原汁原味引进国外先进成熟管理思想的原则,进行信息化建设,便于与国际接轨。
国华台电的信息化系统底层涉及到过程实时数据库系统PI、运行优化系统OPTIPRO、中间层业务流程管理系统BFS++、高层决策支持系统COCKPIT、集团公司企业信息门户PORTAL系统等,形成信息流的金字塔形结构,科学合理。
其中PI位于底层控制系统之上,负责实时生产信息的采集与存储,起到基础平台的作用,为上层管理系统提供基础数据进行处理与分析。
国华台电1、2号机组信息化系统整体投资约3000万人民币,其中PI系统的投入包括软件、接口机与开发实施。
目前1、2号机组的PI系统在机组168小时试运之前开发实施结束,3、4、5号机组的PI系统正在采购之中。
CEChina:
为什么会选择PI作为全厂实时信息管理系统的基础平台?
焦:
关键是SIEMENS公司一套完整的电厂管理解决方案得到了国华电力高层领导的认可,他们提供了整个软件与硬件实施方案。
而OSIsoft是SIEMENS的合作伙伴,其PI实时数据库系统由于集成了SIEMENS的整体方案而被我们引进来。
通过办公楼进口处的PI画面,实时了解生产状况。
CEChina:
电厂控制系统信息量巨大,如何对控制系统中的I/O点进行筛选,以实现有用数据的长期存储?
焦:
根据我们的经验,建议采取如下原则,即:
模拟量基本上可以全部进入PI系统,数字量只取重要设备的阀门、泵或风机的开关状态,而控制系统的中间点和计算点有选择地送给PI系统。
目前国华台电PI系统总共有9000点左右的容量。
由于DCS需送给PI系统的数据量极大,为了防止PI系统接口机频繁地向DCS读取数据,增大DCS网络负荷,DCS送到PI系统的数据需按一定的扫描周期分类。
原则是快变量可以采用较短的扫描周期,反之则采用较长的扫描周期。
CEChina:
在PI实施过程中,如何保障生产的安全性?
符合SIS的规范要求吗?
焦:
在生产现场,如果涉及到控制系统则要求绝对的安全性,不能因为管理信息系统导致生产控制系统的瘫痪。
PI本身可以双向读取数据,但我们在定义数据点时,设定数据仅能单向流动。
PI系统只采集控制系统的数据,不回送数据到控制系统。
另外,通过专用网关、接口机等硬件隔离,也能保证生产控制系统安全。
应该是符合SIS规范的,SIS的“影子”在我们的系统里都可以找到。
目前国内企业进行信息化建设遵循的标准正在逐渐成型,国华台电SIS系统建设是本着企业的需求,结合行业和国外先进的标准和解决方案进行的。
CEChina:
你们在PI系统的实施过程中遇到了哪些难点,如何来解决的?
焦:
PI系统实施中遇到的困难很多,有管理方面的也有技术方面的。
管理方面,我们必须与生产、检修、管理等各环节沟通,了解需求并规范化,需要多次反复才能确定。
技术上,国华台电生产过程控制系统包括主机DCS、辅助车间控制系统BOP、网控、辅机单耗等10多套系统,将这些控制系统的数据引入PI系统需要进行接口程序的开发和调试,并且有些控制系统不是标准接口,这也体现出,目前国内和国际的控制系统应该统一接口协议,便于数据共享。
另外,在生产系统组态图与报表方面,由于PI本身提供功能不能完全满足实际需要,所以,需要采用VBA、API函数编程等二次开发。
CEChina:
目前,PI系统在台电应用已近两年时间,你们如何评价其性能?
焦:
PI系统比较贴近生产管理,直接为生产管理人员提供便利的平台。
其自身优点很多,如稳定性高,开发扩展容易,由于采用特有的螺旋门压缩技术,数据存储技术领先,像我们厂的数据可以保存20年,对比DCS,其一般仅能存放3、4个月就需要导出。
PI系统能与全球200多个控制系统的接口协议进行通讯,通用和常用的接口协议包括OPC通讯协议等,可以和任何一家控制系统厂家的DCS进行数据通讯。
PI系统的PB开发工具灵活开放,工程技术人员经过简单培训就可以进行组态图开发和信息点搭建。
生产报表开发可以在EXCLE中嵌入PI的控件,方便数据关联和脚本开发。
PI系统的开发包括生产机组的实时组态图和实时信息,生产各类报表的开发,巡操记录、生产日报、月报等。
生产专业人员可以很容易地个人定制各类组态曲线,便于比较分析,成为技术管理人员不可缺少的工具。
PI系统对于电厂生产实时数据永久保存,随时查阅,统计分析非常重要。
PI系统用于生产统计分析,我们的工作才刚刚开始,使管理人员从手工的统计计算中解脱出来是PI系统非常擅长的,但是困难的是管理人员要将统计分析的数据源和计算公式准确的描述清楚,然后IT人员来实现。
目前,在二次开发和增值服务方面没有成型的适合电厂需要的产品,每个电厂在此基础上开发的结果不同,如何体现出国内电厂需求,同时能规范引导电厂生产实时系统管理水平,更重要。
CEChina:
PI系统给国华台电带来怎样的利益?
焦:
最显著的变化是不再需要人工抄表了,现在国华台电、甚至北京国华公司的管理人员都可以在办公室、宿舍等地随时、实时了解生产设备运行状况与经营状况,便于作出最佳决策。
DCS由于直接应用于生产控制,其数据是受限的,而通过PI将其数据采集并有效存储后,可以广泛地被相关人员或管理软件使用,作进一步的处理与分析。
信息系统的投资效益主要表现在间接经济效益和社会效益,通过管理平台的建立,规范、提升管理水平,进而提高经济效益。
CEChina:
实时信息管理系统与生产密切联系,信息部门在实施中如何结合生产现场实际?
焦:
在发电企业,作为一个与生产密切相关的系统,要保障系统成功,参与系统开发的人员不仅需要计算机相关知识,更需要生产背景知识。
国华台电的信息系统实施团队不光是IT专业人员,其中包括检修和运行的各方面专业人员。
充分发挥生产管理人员的专业知识和作用是保证系统成功的重要因素,同时也对IT人员提出更高要求,要了解生产,了解电厂管理,并从生产部门抽调专人加入IT专业,IT专业是公司信息化建设常设机构和牵头单位。
CEChina:
在信息系统实施中,基于一个好的产品,最终完成一个好的解决方案,其中的关键是什么?
在PI这样的大型实时数据管理系统的实施中,供应商、集成商与最终用户各自应承担怎样角色?
焦:
一个实施团队有三方组成。
甲方作为业主、出资方,在团队中作用显而易见。
但是甲方容易犯两个错误,首先甲方容易认为,我出了钱,其它一概不管,最后验收就可以了。
这样的项目绝对不可能成功,因为IT项目涉及到企业管理方方面面,不像盖厂房那样简单,项目的实施过程需要不断的磨合和沟通,特别涉及到甲方的管理体系变更,属于共同开发的过程,不可能有“交钥匙”工程;另一个容易犯的错误就是,我说了算数,我的要求就是一切,乙方必须照办,出资方最容易采取这样的态度,但是这样做的结果就是项目畸形发展,成为不伦不类的东西,企业引进管理解决方案,重要的是引进具有先进管理思想的解决方案,因此不能采取武断态度,如果按甲方的这种态度开发,结果只能是出资方的管理水平原地踏步,没有任何进展。
供应商相对责任较小,他贡献的是产品,同时提供技术支持,在团队中处于技术灵魂的地位。
因为他对产品最了解,他可以为项目组出谋划策,然后实施方来具体干这些事。
技术支持容易得到大家的尊敬,但是他们也有一个容易犯的错误,就是对项目关心程度不够,项目的实施成败于他没有直接关系,所以容易高高挂起,问到的问题就说,别人没问到的就不提,这样会降低项目的成功率。
实施咨询方负责项目的成败,责任重大,所以选择实施顾问方很重要,一般咨询公司应该对甲方的管理体系很了解,拥有一批该行业的管理专家,并且这样的专家应该属于超一流的,能够对行业的管理方向和发展趋势有超前的了解,这样才能作为合格的指路人,同时咨询公司还应该对实施的软件系统非常了解,这样才能做到左右逢源,顺利完成项目的实施工作
实时数据库简介
1.前言
一提到数据库,大家肯定会想到SQLServer、Oracle等关系型数据库。
实际上,数据库的种类非常多,在计算机发展的历史上,存在着多种类型的数据库。
早期,关系型数据库与层次型数据库、网络型数据库并驾齐驱,但关系型数据库依靠其描述简单、实现容易等特点,在竞争中取得了胜利,在上世纪90年代初期,从Foxpro、Access到Oracle、Informix、SyBase、SQLserver,关系型数据库一统天下。
但在特定的应用领域中,关系型数据库并不能完美表现,于是,产生了新的数据库类型:
在协同办公领域中使用的文档型数据库(如NOTES),在嵌入式应用领域中使用的嵌入式数据库(如SQLite),在工业监控领域使用的实时数据库(如PI),等等。
本文章将对实时数据库进行简单的介绍。
2.在工业监控领域中,数据库应用的特点
工业监控系统的定义非常大,所有需要对运行设备进行自动化监视、控制的系统都可以定义为工业监控系统,这里面就包括火电厂厂级监控系统(SIS),在这类应用领域中,数据库应用有如下特点:
测点数量多
一个新建300WM的火电厂的SIS系统,需要处理的测点数超过了10000点,这些测点的变化周期通常在1秒钟之内,也就是说,需要将超过10000点的数据在1秒钟之内保存到数据库中。
存储量大
实时数据库的核心就是对大量的实时信息进行处理,由于成年累月的数据将占据大量的硬盘空间。
例如对于1万点的系统,每1秒钟存储一次,每次单点占用8个字节,那么保存10年的数据量将有10000*8*10*365*86400=25228800000000字节,也就是23TGB。
若用80GB的硬盘存放,需要存放293块硬盘!
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时效性强
每个需要处理的测点的值都与时间相关,一秒钟之后的数据与一秒钟之前的数据可能就不一样了,因此,在保存测点值的同时,必须通过某种方法将其对应的时间也纪录起来。
3.不选择关系型数据库的理由
关系型数据库,较难处理工业控制领域的数据。
主要原因是:
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插入速度慢
一般关系型数据库是基于事务处理的,在处理失效后,还要回滚作业。
所以至少要存放两处,该机制使速度较慢;既使用今日的IntelP4双至强类CPU,在对2000个测点进行插入时也用占用10s以上的时间。
而工业监控系统需要面对的是数万点的实时数据以秒级的间隔存放数据。
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维护困难
商用数据库为了保证完整性,所有的内容往往放在一个文件内,这对海量数据的存放维护发生困难。
如果有一个200G的数据库,完全备份就可能要一天。
备份文件中有一个错误就可能导致200G的备份文件失效,所以不实用。
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不能满足实时应用的需求
用数据库存放实时数据据及查询方式不能满足实时应用的需要。
一个简单的例子是假定以1秒为间隔存放好了数据,一周有数据604800组,但是现要以60秒为间隔取出其中10080组或者以等间隔原则取出8888组,标准SQL语法就较难实现。
因此,工业监控领域以及电厂SIS应用领域,必须寻找适合实时应用需要的实时数据库系统。
4.实时数据库的压缩算法介绍
实时数据库系统的技术核心在于数据压缩。
需要将数据经压缩后再存入硬盘,当需要用数据时再解压缩硬盘上的数据。
目前用于国内外实时数据库上的压缩算法通常分为两类:
无损压缩和有损压缩。
4.1无损压缩
大多数信息的表达都存在着一定的冗余度,通过采用一定的模型和编码方法,可以降低这种冗余度。
Huffman编码是无损压缩中非常著名的算法之一。
WinRar和WinZip等软件都采用了类似Huffman编码的压缩方式。
这些压缩方法的共同特点是:
压缩和解压过程中,信息不会发生变化。
在实时数据库中,也可以采用这些无损压缩技术,但是在实现时,必须要考虑压缩和解压缩的效率,如果某个压缩算法的压缩比非常高,但是其解压的速度非常慢,则肯定不能用于实时数据库中,否则,人们在查询数据时,会等待得失去耐心。
4.2有损压缩
相对于无损压缩,有缩压缩肯定会丢失一些信息,但必须要保证这些丢失的信息不能影响系统数据的精度。
大家在其它领域中也遇到过有损压缩的应用,比如:
JPG图像压缩就是一种有损压缩,MP3声音压缩也是一种有损压缩。
在实时数据库中,有损压缩主要有两种方法:
死区压缩和趋势压缩。
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死区压缩
所谓死区就是定义某一测点的值不变的范围。
采用死区压缩就是记录该点死区之外的数据值。
例如有一测点A,定义其死区为1%,上次记录的测点值为110.00,那么此次采集的测点值为111.00,那么两者差值(111-110)/110<1%,那么认为此次测点值在该点的死区范围内,则认为不变化,即不记录。
若下一次测点值为120.00,那么两者差值(120-110)/110>1%,那么认为此次测点值在该点的死区范围外,则认为变化,记录。
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趋势压缩
趋势压缩,是根据测点的阶段性趋势进行压缩,原则上只记录满足趋势条件的起点和终点。
PI的旋转门压缩技术是该类算法的典范。
一般的趋势压缩如上图所示,T1到T2时刻某测点的值保持者该趋势,那么在此趋势上下的两条容差线将是下一时刻点的死区范围,若下一时刻T3在此两条两条容差线之间,那么不记录此值,两条容差线将适用于下一时刻,若下一时刻T4在此两条两条容差线之外,则记录该值,趋势发生改变,两条容差线将发生改变,下一时刻测点将按改变后的容差线来判断。
5.实时数据库的访问方式
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使用实时数据库提供的API
这种方式效率最高,也最简单。
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使用ODBC
大部分实时数据库提供了标准的ODBC接口,也提供了SQL查询语言,通过这些方法,用户可以将实时数据库当作一个标准的数据库来使用。
但这种方法速度较慢,且不能体现实时数据的全部优势。
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使用OPC方式(OLEforProcessControl)
因为太多的数据库和DCS使用自己的API方式存取数据,无法做到算法的通用,因为工业监控领域提出了一个标准的存取接口,这就是OPC,如今有超过两百家产商加入到OPC组织中,声势浩大。
6.可供选择的实时数据库产品
目前进入国内市场比较成熟的实时数据库产品如下所列:
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美国OSIsoft公司,PI;美国老牌数据库,30年来一直只做数据库开发且一直在行业中占据第一位,世界500强的制造型企业有过半采用PI数据库。
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美国Wonderware公司,IndustrialSQLServer,简称INSQL;
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美国GE,Intellution公司,iHistorian;
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美国HONEYWELL公司,ProcessHistoryDatabase,简称PHD;往往搭配其DCS和硬件买卖,数据库不是其主营方向,因为PHD是介乎于关系数据库和生产数据库之间。
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美国AspenTech公司,InfoPlus;好像在中石化方面关系做得不错。
总的来说,国外实时数据库产品在工业监控行业占垄断地位。
其中OSIsoft公司的PI采用了旋转门压缩专利技术和独到的二次过滤技术,使进入到PI数据库的数据经过了最有效的压缩,极大地节省了硬盘空间,是效率最高,使用最简单,使用最广泛、性能最突出的实时数据库。
7.总结
实时数据库在SIS、MES系统中起着非常重要的作用,是SIS系统存贮数据的基础。
实时数据库是一种特殊类型的数据库系统,但它有许多与关系型数据库存在差异。
只有理解了这些相同之处和差异部分,才能对实时数据库有更深地了解。
本文章对实时数据库的基本概念、压缩算法、访问方式等进行了简单介绍。
网站上关于实时数据库的介绍还不是很多,很多网站都只是提到了实时数据库的名称,如果大家想对实时数据库有更多地了解,可以到几个主要的实时数据库提供商的网站上寻找更多资料,本人也收集了一些实时数据库的资料,如果大家感兴趣,可以与我共同讨论和研究。
关系数据库使用得比较广,为大部分人所熟悉,以至于谈到数据库,缺省情况下指的就是关系数据库,但实际上还有一些其他种类的数据库在生产生活中被广泛使用,比如我将谈到的实时数据库,它们用在要求非常严格、数据量非常大的生产工控中。
当今国际国内广泛使用的实时数据库只有三个产品:
a.美国OSI公司的PI(PlantInformationSystem)
b.美国HONEYWELL公司的PHD(ProcessHistoryDatabase)
c.美国AspenTech公司的IP21(InfoPlus.21)
这些实时数据库的价格是非常昂贵的,以百万人民币为单位,但是它们不全是以套也不全是以点(可容纳的数据点)为单位来出售,所以无法数字化的比较其价格。
因为工作的关系,我有幸能接触到这三种数据库,在此对它们做一个比较。
1.PI
采用了旋转门压缩专利技术和独到的二次过滤技术,使进入到PI数据库的数据经过了最有效的压缩,极大地节省了硬盘空间。
据计算,每秒1万点数据存储一年,仅需要4G的空间,即一只普通硬盘也可存贮五到十年的数据。
是效率最高,使用最简单,使用最广泛的实时数据库,因为其杰出的性能,PI已经多次提高了它的价格,确实不坠OSI的名号,而且PI在其文档中公开了她的各种算法,比如上面提到的旋转门压缩和二次过滤。
2.PHD
HONEYWELL占据了DCS大部分份额,因此PHD使用得也比较广泛,PHD在内部其实使用了Oracle关系数据库,因此购买PHD就必须先购买Oracle。
因为PHD内部使用Oracle简化了开发量和Oracle的性能限制比较严重,所以PHD的价格在这三种数据库最低,算不上正宗的实时数据库。
但不要以为PHD内部使用Oracle就认为Oracle很强,如果直接使用Oracle,只要两三秒的时间,巨大的数据量就会令它崩溃。
HONEYWELL其志不在实时数据库这一块,而是她的DCS。
3.IP21
IP21基本上还未进入中国市场,它正在通过先期赠送的办法打开中国市场。
在评价IP21之前,我需要先申明“我对IP21的看法只是个人看法,不是任何产品的托儿”。
IP21是我见过的最差的关系数据库,也是我见过的最差的一个软件,
a.其软件的安装程序的运行需要一个硬狗,这种小气的做法和PI公开算法的做法没法比,问题还在于它的这条狗经常会死翘翘。
b.其软件的安装即使是其公司的专业员工也不能保证安装成功,10台计算机让它的专业员工来安装大约只能成功一两台。
c.其软件的安装盘只有一张,但这一张盘需要安装四个小时以上,中途不停地看到在安装某个版本的Java解释器,其后它们又被删除。
d.没有实现真正的自动安装,在安装之前它们的工程师需要在计算机上修改不少的文件。
e.安装中途如果出现错误是不立即报告的,需要四个小时之后安装完毕才能看到安装失败的字样,但也仅仅只能知道安装失败,不知道在哪一步安装失败。
f.管理维护软件非常的复杂,除非有人愿意牺牲以后的前途来学习它,否则就只能让它自己的员工来鼓弄。
g.运行效率非常低下,而且占用系统资源非常严重,一台服务器只能给一个IP21使用。
实时数据库的访问方式
a.使用自己的API,这种方式效率最高,其实也最简单。
b.使用ODBC,这种方式其实没有多大作用,因为实时数据库不同于关系数据库,ODBC没有太大的用武之地,所以在使用ODBC时有非常多的限制,大部分功能并不支持ODBC方式。
c.使用OPC方式(OLEforProcessControl)
因为太多的数据库和DCS使用自己的API方式存取数据,无法做到算法的通用,因为提出了一个标准的存取接口,这就是OPC,如今有超过两百家产商加入到OPC组织中,声势浩大,包括臭名昭著的M$,之所以讲M$臭名昭著是因为M$强制性的在这个标准的存取接口中使用了COM/DCOM,令OPC只能在windows下使用,且效率(因为是工控场合,所以效率非常重要)低下。
M$在OPC组织中非常的积极,所以现在的OPC基本上也脱离了当初制定的目标,令很多产商不满,包括OSI在内,虽然OSIPI提供OPC接口,但OSI不建议客户使用它,也不对它进行技术支持。
在OPC中的COM还有另外一个大问题,因为COM规定必须支持先前制定的接口,而工控要求又非常严格,开发测试的费用和时间都非常高,
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