InSQL系统的六大特点及在电厂SIS系统中的应用介绍

  为了适应中国经济的快速发展,电力行业进一步提高了全厂综合自动化水平,注重信息化的建设,特别是各地的火电厂纷纷提出适合自己工厂的厂级监控信息系统(也就是现在所说的SIS系统)以提高生产效率,实现电厂管理信息系统与各种分散控制系统之间的数据交换。厂级实时监控信息系统为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据,为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。但是SIS系统的开发往往不仅需要有一定的计算机知识,还需要了解自动化常识以及对电厂实时生产过程管理有比较深刻的理解。如果单纯依靠软件开发人员开发,则很难完成如此艰巨而又责任重大的任务,即使完成了也已经耗费了大量的人力和时间。

  目前市面上有很多关系数据库,但是均不能满足电厂的需求,我们需要建立一个实时/历史数据库并具有如下特点:

  ●为生产和管理获取所有的相关信息,可以生成过去和现在的所有操作情况画面,以足够的信息供用户以不同的视角在统一的数据仓库访问相同的信息,获得不同的应用。

  ●在线存储多年的工艺数据,即以用户或应用的要求,包括毫秒级的数据存储历史数据,以利于工艺和设备的运行状况分析。

  ●以数据的原型存贮,即数据的采集与存贮保持原有的采样间隔和采样精度而不必考虑将来如何用,但这需要占用大量的磁盘空间,采用先进的压缩技术和保持原有精度的还原技术是可取的。

  ●数据只存贮一次,以数据的基本形式存贮,并可对数据进行任何格式的计算和归纳处理。

  ●数据库是一个全厂范围内的统一数据平台,是用来在不同厂商的产品间传送信息。因此,必须具有开放性,例如采用分布结构的计算机环境,Client/Server结构,可在多种系统配置下运行,在客户端产品底层采用Windows技术和Windows化的界面,有丰富的商业化数据处理工具,对不同的DCS、PLC、工控机等厂商产品有丰富的接口经验。

  ●数据采集和存储的可靠性。采用分布式结构进行数据采集和存储,接口能支持网络节点之间的容错技术,当发生故障时仍可继续采集网络节点式接口设备的数据,采用分布式数据存贮数据暂时保存在该节点上,保证数据在节点上的故障数据不丢失。

  由于实时/历史数据库采集的速度快,数据量大,精度要求高,并且带有时标,便于分析和生成报表,因此十分适合目前电厂的数据采集和分析,而常规的关系数据库则在这些方面都相距甚远。

  鉴于以上的这些原因,市场上也出现了许多不同级别的实时/历史数据库,目前最经济且性价比最优的则是美国Wonderware软件公司的IndustrialSQL Server(以下简称为InSQL)。

  InSQL是一套基于Client/Server结构的商品化软件应用平台。它是时间序列的数据库,最适合处理过程数据。

  InSQL可以实现快速数据采集。而在电厂内是不是需要这样快速的数据采集呢?1分钟的数据,能够满足ASME标准与国标的有关性能分析,也能产生许多报告及表示某些主要流程状态。但是对于过程诊断而言,则是不足的,有相当多的过程快于一分钟,对模拟量,根据Shannon 采样定理,选择采样周期T至少应是过程周期的1/2。

  有了毫秒级的数据采集,硬盘就成为数据存储的最大瓶颈,InSQL内有一个称之为Loss-Less的压缩算法来实现数据存放的问题。她的压缩率非常的高,可以达到90%以上,且是无损压缩,整个过程对用户完全透明。那么电厂的实时数据究竟需要存放多久呢?我们认为最好能存2年或更多,因为目前机组的检修周期一般是一年至一年半,工程师应能与去年同期或修前的数据进行分析比较。

  有了海量的存储,有了压缩算法,我们还需要有一个便捷的查询手段。InSQL虽然是一个实时数据库,但是她也兼顾关系型的优点。除了直接支持用标准的 SQL语句查询数据,还对现有的SQL语言做了一定的扩展,提供了专用的关键字,用来实现返回等间隔的数据。

  虽然InSQL提供快速的数据采集,也有相当优秀的数据压缩率,也支持实时查询,但是InSQL所能做的还不只是这些,她还内嵌了一个便捷的事件系统。一旦系统有故障产生,系统就会触发数据库中的事件,事件系统会依据不同的情况执行不同的动作。

  利用事件用户可以方便的从数据库中直接获取需要的相关数据,简单的统计数据或是提醒机制(Email方式)。只要配置事件系统就可以诊断状态和机组分析,达到事半功倍的效果。

  InSQL是一个实时数据库,但是她还兼有关系型数据库的特点,因为内嵌了一个MS SQL Server数据库。InSQL数据库把所有的配置信息,所有的事件信息等都存储在MS SQL Server数据库中。一旦需要访问数据的时候,用户可以直接访问MS SQL Server来获得数据,也可通过OLE-DB的方式访问InSQL数据库。从下图中可以看出InSQL Server和MS SQL Server之间的架构关系,也体现出 InSQL是一个实时关系型数据的全新特性。

  InSQL支持冗余,并且提供多种不同的冗余方案。通过内部的 IDAS(IndustrialSQL Data Acquisition Server)服务实现。一种方式称为失效切换:当有一组数据源出现问题时,InSQL会自动找到备用数据源,并把所有测点全部切换到备用节点上去。另一种方法称为存储转寄:当现场只有一组数据源,而其中的网络又由于某种原因断开了,系统会在数据源上自动缓存数据,当网络再次连通时,再把损失的数据传回InSQL数据库中,以保证数据库的完整性。

  对于有些特别的情况,整个系统需要有一定的备用余量,则以上两种冗余方案则都不能满足需要。用户还可以调用InSQL的存储过程来实现复杂的冗余,整个过程也相当的容易,只要有一定数据常识的人员就可以完成。

  InSQL不仅支持数据的冗余,还支持自身的冗余,两个InSQL之间也能通过软件配置达到数据库的同步,的确为用户提供了诸多的方便。

  总体上来说InSQL是一个相当优秀的实时关系型数据库软件,这不仅体现在性能上,在价格上也有一定的优势。对于25000点的数据库与20个客户端而言,InSQL只需花费其他软件的25%,而且接口友好,不仅支持OPC/Suitelink,ODBC,还支持MS SQL编程接口。

  下面针对电厂的具体情况,我们提出两个不同的系统架构。一是InSQL+InTouch的架构,这也是目前最为流行的架构;另一个是 Application+InSQL的架构,这是Wonderware公司建立在ArchestrA工业平台上的全新架构,具有更多更灵活的优点。

  考虑到很多电厂已经是运行了许多年了,期间的DCS设备可能由数个品牌所构成,又或者上位机监控软件也已经有几个不同的厂家所提供,鉴于大多数这样的情况,我们建议使用InSQL+InTouch的系统解决方案。

  采用分层的网络架构,SIS网络以InSQL为核心,遵循开放的TCP/IP协议。行控制。另外SIS系统还为MIS系统提供了多种查询方式,支持实时数据的显示方式,也支持标准客户端的历史数据访问,还可以通过Web服务器实现网络浏览等。

  如果用户使用的监控软件是InTouch,那么我们只要添加InSQL数据库服务器在一级网络上就可以方便的导入InTouch的测点,无需编程就可实现和DCS设备通讯;或者我们也可直接和OPC Server实现通讯,把所需要的DCS数据导入到InSQL服务器中。

  具有良好的性能,比一般关系型数据的数据存储快100倍,提供毫秒级的数据采集。

  支持标准的SQL查询,并可根据需要返回等间隔的数据,或返回一定数量的数据。

  数据备份极为方便,一天生成一个目录来存储数据,也可使用内置的策略方式来定义循环存储数据。

  能够实现事件触发的功能,一旦条件满足,则会快速记录所有相关测点的信息,或者执行一些相关的语句。

  InSQL的数据压缩性能是非常令人振奋的,她不仅具有非常优秀的压缩率,而且这个压缩算法还是无损压缩,为电厂海量存储提供了最有力的支持。

  我们以每个数值占4个字节,时标占8个字节,1个为质量字节计算,共有22000点,2秒周期的循环方式存储:

  再加上索引文件和日志文件就更大了。但是InSQL实际只占用了1G,并且时无损压缩,压缩率大于90%。

  占用CPU的资源比较少,一般的负荷仅为5%-10%,如果有20个用户同时访问,也能很好的运作,CPU的最高负荷为70%。

  除了提供历史数据还提供实时数据,并且可以使用28.8K的Modem进行远程监控查询。

  提供多种客户端连接方式,最优秀的是有一个专门的ActiveFactory客户端软件。

  用户如果需要自行编写程序,也可直接使用OLE-DB的方式连接到数据库,然后就和其他标准的关系型数据库一样使用SQL查询。

  对于实时数据的查看,可以通过InSQL内的一个专用服务,再连接到FactoryFocus(InTouch只监视不控制的版本)上进行显示,速度和效率都和现场的操作员看到完全一样。

  另一方面,你可基于InSQL实时数据库来实现基于大量历史数据的计算模型,这些模型可能基于对历史数据的查询,基于统计的计算等等。由于InSQL是标准SQL访问,所以功能扩展和计算都变得相对容易。

  这些功能模块有些是可以直接使用InSQL来实现,有些则需要通过专业软件来实现。

  总体来说,Wonderware 的ArchestrA架构采用全新的技术,为自动化和信息化系统构筑了优秀的平台,同时为发电企业的SIS系统的构筑提供了强大的可扩展的灵活架构,并提供了灵活便捷的应用扩展能力。

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