潮电辅网历史站方案.doc

广东大唐国际潮州发电有限责任公司热控技术改造方案2008第8号执行技术措施单位：热控专业主题：潮州发电公司辅控网历史存储分析系统方案编写： 2008年 月 日审核： 2008年 月 日批准： 2008年 月 日 一、提出原因广东大唐国际潮州电厂目前规模为2X600MW超临界机组, 控制系统除主控系统为日立的DCS系统之外，另外还包括水、煤、灰、脱硫等十多个辅助系统，辅控系统通过采用GE的iFIX进行联网，大大提高了对于辅助系统的集中监控能力。目前为了进一步提高辅网系统的整体历史存储，加强对辅控系统历史分析的效率，进行辅控网历史存储分析系统的建设。二、目前现状潮州电厂辅助控制网包括：水控制子网、灰控制子网、煤控制系统等，分别在各自的水、煤、灰控制室集中控制，目前已进入主控制室由辅控网操作的系统有：中央空调系统、空压机系统、#1吹灰控制系统、#2吹灰控制系统。1. 水控制子网监控的范围有：锅炉补给水处理系统；综合水泵房；工业废水系统；生活污水系统；循环水加氯系统；加药系统；制氢系统；凝结水精处理系统。2. 灰控制子网监控的范围有：#1、#2除灰除渣控制系统；#1、#2电除尘控制系统。3. 煤控制系统范围有：输煤控制系统；输煤冲洗水控制系统；4. 其他控制系统：中央空调系统；空压机系统；燃油控制系统(已接煤网)；#1、#2吹灰控制系统。三、方案内容1 系统结构广东大唐国际潮州电厂目前规模为2X600MW超临界机组, 控制系统除主控系统为日立的DCS系统之外，另外还包括水、煤、灰、脱硫等十多个辅助系统，辅控系统通过采用GE的iFIX进行联网。系统网络连接示意图如下： 2用户需求2.1在进行辅控网历史存储分析系统设计时，要充分考虑到系统的实用性、安全性、兼容性、经济性、伸缩性、稳定性等诸多因素，保证系统正常运行。2.2 辅助控制系统的接口广东大唐国际潮州电厂的所有辅助系统通过两台核心交换机进行联网，设置有4台服务器，其中煤、灰渣、脱硫部分2台服务器相互冗余，水网2台服务器相互冗余。两台交换机提供有RJ45口，可用于进行辅控系统数据的传输。已联网的辅助系统如下：1) 输煤系统；2) 灰渣系统；3) 电除尘系统；4) 空调系统；5) 脱硫系统；6) 化水系统（包括废水、污水、凝结水、补水、海水淡化、制氢、制氯）；要求通过从辅网服务器采集到所有联网的辅助控制系统的实时数据、操作员时间数据，发送到历史存储站进行历史记录。2.3 实时/历史数据库1性能要求：1) 目前辅网测点数量已达2万多， 要求设计的实时/历史数据库容量为30000点，历史数据在线存储时间不小于4年；2) 数据采集频率应小于等于1秒；3) 数据以原型存储，可在线修改采样点的属性；4) 实时/历史数据库具有良好的数据压缩性能，能在线保存5年以上的历史数据，可管理海量的实时、历史数据；5) 实时数据库具有计算、统计功能，可利用采集来的实时数据和计算公式计算一些常用数据，如流量补偿、厂用电率等，并可将这些点作为计算量存入实时数据库中；6) 实时数据库具有系统监控功能，系统管理员可以监视实时信息系统的整体运行情况；7) 实时系统具有良好的开发性，为用户提供方便易用的数据接口，方便本系统与其它系统进行数据交互和二次开发；8) 实时系统应提供数据备份、修复和转储策略，确保历史数据的安全。2安全要求：1） 需要从硬件和网络上确保生产系统的安全；2） 需要从软件上确保系统对现场的生产系统没有任何影响；3） 实时数据库具有严格的数据安全策略。3提供完整的实施、安装、配置、管理、维护及操作文档。2.4 过程图形浏览可以对全厂生产状况进行实时监视，通过生产模拟图、趋势图、棒状图和参数分类表等多种监视方式实时显示各辅助系统的主要运行参数和设备状态。可以按要求进行实时画面组态，并应使系统的生产模拟图与各生产控制系统的监控画面一致，要求画面实时数据的刷新间隔为1秒；2.5 实时/历史趋势查询提供实时/历史趋势分析工具，用户可以设定趋势点、时间间隔、历史查询起始时间等。可根据实际需要配置趋势组。2.6 操作员事件查询要求能将各辅助系统的操作员事件采集上来，还要将它们以其基本形式（控制系统采集的时间标签、精度等）保存下来，并提供辅网各操作站的操作员事件查询功能。操作员事件记录时间应以控制系统时间为基准，未采用GPS同步时间的操作站，其操作员事件时间应对齐到历史服务器的系统时间。操作员事件历史能方便地按需显示与打印。2.7 报警显示与查询要求能按各辅助系统配置的报警级别及报警方式进行模拟量和开关量标签的报警管理及查询，并能方便地按需显示与打印。2.8 数据一览查询要求提供采集过程点的所有静态和动态信息，如过程点的值质量、单位描述高低限、报警状态、记录类型硬件地址及工作站号等，方便用户了解相关采集点的详细信息。用户可以方便地以树型方式浏览系统中所有的生产数据点，同时可以模糊查询的方式查询用户所关心的生产数据点。2.9 过程回溯能够以过程图形的方式，再现生产系统过去某一时段的运行状况，以便用户对机组过去某段时间内的运行情况进行分析和事故追忆。当进入回溯模式时，应能够调用至少三年以内随意时间段内的画面回放；画面之间数据应具有相关性。回溯功能首次调用时的响应时间少于10秒，一旦进入回放模式，画面放映进度应和实际工况保持一致。2.10 报表显示打印能对全厂生产数据进行综合处理、统计分析，按要求定制形成生产报表和曲线，并能监视、查询和打印。3实时数据库系统3.1 实时/历史数据库3.1.1 实时/历史数据库系统软件根据要求，我们配置openPlant实时数据库系统作为广东大唐国际潮州电厂辅网历史数据存储系统的数据平台。openPlant实时数据库系统采用当今先进的技术和架构，可安全、稳定地实现与现场各控制系统的接口，并能对采集来的数据进行高效的数据压缩和长期的历史存储，同时提供方便易用的客户端程序和通用的数据接口，如API、DDE、ODBC、OPC等，可以帮助企业实现全厂范围内的实时数据共享，并在此基础上，结合企业的实际生产运行情况和各业务流程的实际特点推出了一套包括过程图形监视、实时/历史趋势、生产数据字典、生产过程回放、操作指导、设备状态统计等一系列客户端用解决方案，为提高企业的生产管理水平、节约生产成本、增强企业的市场竞争能力提供了坚实的数据基础和科学依据，从而使广东大唐国际潮州电厂的整体生产管理水平迈上一个新台阶。openPlant实时数据库系统已经被成功地用于多个项目中。3.1.2 实时/历史数据库服务器选用IBM x3500通用服务器。IBM x3500适用于要求严格的分布式环境十分依赖关键业务型应用程序的 24x7 小时的可用性，对此 IBM System x3500 具有出色的性能和可靠性。x3500 提供了尖端的容量和高速 I/O 可扩展性，最多能达到八核处理器性能，且每个内核的功耗非常低。凭借长寿命的平台，长达 24 个月的高可用性，x3500 将部署和支持问题减到了最少。x3500 充分利用了虚拟化技术，部署基础架构仅使用较少的硬件，却支持相同（或更多）的应用程序，从而降低了硬件支持成本。产品特性 寿命稳定的平台，可用性长达 24 个月 八核计算能力，每个内核的功耗更低 标配集成 RAID-5，在无需占用 PCI 插槽时即可提供多种功能 已经通过虚拟化环境测试和认证 使用光通路诊断更易于故障排除，有助于降低维护时间和成本 硬件概要 通过可选机架安装套件可转换为 5U 高的机架式 最多可支持两颗双核英特尔至强处理器 5160（最高 3.0 GHz，前端总线速度最高可达 1333 MHz）或最多两颗四核英特尔至强处理器 X5355（最高 2.66 GHz，前端总线速度最高可达 1333 MHz） 通过 12 个 DIMM 插槽可支持多达 48GB 的新一代高性能 667 MHz 内存 6 个 I/O 插槽，包括 PCI-X、Active PCI 和高性能 PCI-Express 插槽 最多 8 个热插拔 SAS 或 SATA 硬盘驱动器，支持大容量存储器 3.2 openPlant实时数据管理3.2.1数据库的定义openPlant数据库是一些数据库对象的命名集合； 通常每个数据库对象（表，函数等等）属于并且只属于一个数据库。系统表属于整个安装,并且可以在安装之内的每个数据库里访问。 基本系统表有：实时数据表，历史数据表，点配置表，用户表，节点表，系统配置表等。实时数据表：（Realtime Data Table）点名（ID）点值(VALUE)状态（STATUS)时间 (TIMESTAMP)历史数据表：（History Data Table）点名（ID）点值(VALUE)状态（STATUS)时间 (TIMESTAMP)点配置表：(Point Config Table)标识，点名，点的描述，类型，刷新频率，相关硬件，报警级别，存档，点的类别等。对拟量点有：量程，单位，报警上下限，显示格式，死区，压缩类型等。对统计点有：统计类型，统计周期，时间偏移，计算公式等。节点表：节点名（ID）主机（HOST）节点类型总点数节点状态。3.2.2数据库的存储1物理数据组织openPlant实时内存数据库的物理组织是其总体设计目标实现的基础，其存储结构、索引结构、中间数据存储结构都考虑到内存直接存取这一特征，主要采用两种物理组织方法。(1)区块式区块式组织基于关系数据模型，将存储空间按时间划分为分区，每一分区存储一个关系，物理上由若干块组成。一个块是内外存I/O的单位，一块一般为1K字节大小。(2)映射内存式openPlant将内存数据库空间划分成实时内存数据库的主拷贝PDB与“映射”拷贝SM两部分。在事务操作期间，每次查询总是先对SM试探，若不成功，再对PDB操作。2索引结构对实时内存数据库而言，通常的索引结构如AVL树、B树都具有一个共同的缺点，就是存储的有效使用和利用率很低。为此，我们开发出一种高效的实时数据索引结构。它的查找类似于二叉树，其不同之处主要在于每一结点的比较不是针对其中的各个元素值，而是对其最大（即最右）者和最小（即最左）者。它的维护操作类似于AVL树，但由于其独特的结点结构，故在具体的结点插入与删除时有所不同。3数据库的压缩存储在实时数据库系统中，数据压缩在传统意义上是为了减少磁盘空间。针对不同的用，数据压缩有多种算法，实时数据库系统不仅要求能够在有限的硬盘空间中存储大量历史数据，而且还要求这些数据能够快速地被访问。openPlant实时数据库根据实时数据的特点，采用了先进的数据压缩算法，对大量的实时数据进行原型压缩，同时结合高效的数据检索策略设计了实时数据库的压缩系统。这样，既可以较完整地保存大量的原始数据，又能有效地使用数据。（1）数据流（2）历史数据压缩算法openPlant实时数据库采用了基于时间和空间的二维压缩算法。时间纬度的压缩：定制的采样频率（1S/5S/10S/60S）；例外报告：对不发生变化的点，或值的变化在定义的死区范围之内，或时间在最大时距之内，不存入历史表。矢量线性压缩，保存关键点；空间纬度的压缩：以数据块为基本单位，结合平衡二叉树；减少索引数据所占有的磁盘空间。数据库的存储空间：由于采用上述优秀的压缩算法，平均单点存储占用空间小于2KB/24小时。3.2.3 openPlant数据库开放式接口openPlant实时数据库提供方便易用的程序接口，使用户可以很方便地从实时数据库中获取所需要的数据：客户端驱动OPAPI为用户提供详尽的接口函数，用户可以利用流行的开发环境如Visual Studio，Cbuilder，Delphi，JAVA等来进行二次开发，openPlant OPC 驱动提供工业标准的OPC Client/Server驱动，保证与开放标准的快速连接。动态数据交换DDE可方便地将实时数据库中的数据引入其它商业软件进行分析和处理，如MS Excel, Word等，提高用户数据分析及决策能力；通过openPlant ODBC Driver，可以根据用户的需求，将openPlant数据库的实时数据提交给其他关系数据库及管理系统，实现与企业ERP系统的有机集成。3.2.4数据库的备份与维护为了保持所安装的 openPlant系统平稳运行，我们必须做一些日常性的维护工作。我们在这里讨论的这些工作都是经常重复的事情，可以很容易地使用openPlant维护工具来进行，一件很明显的维护工作就是经常性地创建数据的备份拷贝，其它主要的维护工作包括周期性的清理数据库，以及历史文件的备份与转储。利用openPlant维护向导，可以指定外部存储设备来实现历史数据的自动转储。openPlant和其它数据库产品比较起来是低维护量的。但是，适当在这些任务上放一些注意将更加能够确保我们的愉快工作和获取对这个系统富有成效的经验3.3 数据库的实时性openPlant实时数据库必须能够高速、按时的存取和处理数据，必须尽量保证关键的数据操作能够在规定的时间内完成。因而，为了提高数据操作的可预见性，实时数据库在数据存储方式和索引方式上与传统的数据库有很大的不同。为了避免不必要的磁盘操作和避免不可预测时间的动态资源分配，我们采用了基于共享内存管理的实时数据表管理机制，同时提供多级索引机制进行快速的数据定位，提高数据检索速度，确保用户对数据实时性的要求。openPlant可以处理最大点数为100，000点，openPlant每秒可以处理10000多个事件，刷新最大点数所需时间小于1秒，并发处理最大点数所需时间小于2秒。3.4 兼容性openPlant实时数据库核心采用标准C+语言编写，对操作系统的依赖性很小，具有良好的可移植性和优异的跨平台性能。openPlant实时数据库系统在Windows、Unix、Linux等等主流操作系统之上都经过严格的测试，可以实现上万小时的安全稳定运行。同时，openPlant实时数据库提供采用纯JAVA编写的数据库维护工具，可以在支持TCP/IP协议的任何一种操作系统上对openPlant实时数据库进行维护。另外，openPlant实时数据库还提供C/C+ API、ODBC/JDBCC、Java API、OPC等各种通用的数据接口，方便用户在Windows、Unix、Linux等系统上进行二次开发。3.5 时钟同步实时数据库需要采集来自若干个不同控制系统中的实时数据，通常每个系统都有自己的时钟，而时间标签的不统一，将给实时数据的存储和检索带来很多不便。因此，使整个实时数据库系统中的各个单元保持时间上的一致性有着非常重要的意义。openPlant实时数据库支持当前标准的网络时间协议(NTP)，可通过以下两种方式实现接口机与实时数据库服务器的时钟同步：1同步于外部的GPS时钟在openPlant数据库服务器和接口机上都安装(NTP) 客户端软件，使实时数据库服务器和各接口机的时钟都同步于网络中的GPS时钟，这种同步方式的优点是实时数据库系统的可以时间准确地同步于国际标准时间，限制是系统中必需有一个GPS时钟服务器。2同步于实时数据库服务器将openPlant实时数据库服务器作为网络时间服务器，在各接口机上安装(NTP)客户端软件，可将各接口机的时间统一于实时数据库服务器的时间。这种同步方式的优点是不需要外部时钟服务器，缺点是不能保证实时系统的时钟与标准时钟保持一致。3.6 openPlant实时数据库主要性能指标单个数据库容量：多达20万点的数据采集规模；高性能：系统核心每秒至少处理10000个事件，可支持50个以上并发用户；实时性：画面刷新时间小于1秒；海量历史存储：采用线性压缩算法，能够在线存储5年以上历史数据，平均单点历史存储小于2K字节/每天。存储精度高：按数据原型进行历史存储，保证100数据精度。稳定性：openPlant按照24x7小时不间断运行，故障自恢复，可以长期稳定运行。高压缩率：单点存储空间小于2K/天；可靠性：故障自恢复（大于5天）；扩展性：模块构件、灵活配置；可管理性：系统为B/S结构，管理和维护都集中在服务器；开放性：通用数据接口，API/DDE/OPC/ODBC/JDBC。4 历史站功能设计4.1 实时数据接口数据源来自煤/灰/脱硫和水网两部分，每个数据源由2个服务器互为冗余，采集数据时分别从煤网和水网按每秒频率采集数据，且在它们各自的2个服务器之间实现自动切换，确保在一台服务器故障时采集可以自动切换到另一台。1#服务器2#服务器煤/灰/脱硫水网1#服务器2#服务器历史存储站实时数据采集示意图4.2 操作员事件接口1数据采集操作员事件接口通过在每个辅网操作员站（4个）以及各子系统操作员站（按实际需要配置接口数量）上安装采集程序，数据来源于iFIX的报警记录，通过过滤掉一般报警消息，只保留操作员事件记录，然后发送到历史存储站进行保存。操作员事件历史记录将包含以下几个字段：事件时间，标签名称，标签设定值，事件来源（从哪台操作站发出的指令）。 2时间同步操作员事件的事件的时间通过采集软件自动对齐到历史存储站。3事件存储及查询操作员事件将按照关系数据库表进行设计和存储，并提供查询管理界面，可以分别按日期/时间、标签名或事件来源进行综合查询。4.3 过程图形浏览具有图形转换工具，能够将来自控制系统中的图形转换为网络图形格式。一方面减少了SIS系统图形组态的工作量，另一方面用户在客户机浏览器上看到的过程图形与控制系统中的完全一致，真正实现了过程监控从控制室到桌面的延伸。过程图形浏览模块中我们将提供仿真图形和按用户要求定制的过程图形，用户也可在以后的工作中用本系统提供的可视化图形组态工具，绘制自己所感兴趣的过程图形。4.4 实时/历史趋势提供过程点的实时趋势及历史趋势，方便用户对历史及实时数据进行分析。用户可根据实际需要配置相关趋势组。 能访问实时/历史数据库中所有Tag； 最小分辨率达到1秒，最长显示时区大于31天，每笔趋势不少于500点； 显示Tag可以任意组合，每画面趋势笔数8根，不同系统数据可以同画面显示，其时钟自然对齐分析； 开关量与模拟量可以同画面以真实时间显示，方便时序分析； 显示最近4年以内的历史数据，4年以前的可通过还原指定备份得以查看； 时间坐标、每笔幅值、零点能方便改变与迁移；显示方式能方便变换； 能方便地将趋势数据转为CSV文件，方便其他报告引用； 能方便地以组方式存放、命名、调用； 能方便地按需显示与打印。4.5 数据一览提供采集过程点的所有静态和动态信息，如过程点的值质量、单位描述高低限、报警状态、记录类型硬件地址及工作站号等，方便用户了解相关采集点的详细信息。并提供模糊查询和检索的功能。4.6 报警显示与查询能按各辅助系统配置的报警级别及报警方式进行模拟量和开关量标签的报警管理及查询，并能方便地按需显示与打印。4.7 生产过程回放openPlant RePlay过程回放工具，能够满足用户在事故分析时对生产过程的了解。它以图形的方式，将事故发生时的生产过程细节清楚的再现，可以寻找关联设备的运行情况，事故前后相关设备参数的变化和操作情况，直观的表达了真实的生产过程。它支持快速播放（2、4、6、8速）和快速定位。四、费用预算序号名称型号/描述数量单价（元）总价（元）I、系统硬件1辅网历史站服务器IBM X3650 (Xeon双核2xCPU, 2G内存,4x146G硬盘,冗余电源,Windows 2003 Server 操作系统,19 液晶显示器)143,