电力SIS系统实时数据库平台iHistorian

ERP/SCM WEB 发布 厂级调度监 产能优化事 动态成本分
CRM/PLM 网络应用
控指挥
故追忆
析跟踪
【参考文献】 《数据库系统概论》（第二版）萨师煊、 王珊著，高等教育出版社 《 Introduction to Information System》 James A Obrien 《火电厂厂级监控信息系统(SIS)论争》 侯子良, 热工自动化信息, 2002.1 《浅谈电厂 SIS 设计与实施》 王军
3. iHistorian 体系结构
3.1 存储的数据对象
普通的关系型数据库的设计和应用主要是面对 离散的，非连续的，不带有时间标识的数据对象，并 通过二维表的方式来表现和建立数据之间的关系，例 如订单信息、人事信息、销售数据。
作为实时历史数据库主要的存储对象生产过程 数据，它有以下主要特点：
z 连续性、带时标，例如现场的温度、压力 等模拟量
但是通过插值的算法可以回取到这部分数据。
在归档存储压缩中，斜率的变化率是可以由用户
针对不同的 I/O 点的具体情况单独定义的。如果定义
为 0%，意味着过程数据一旦脱离原有斜率就将被记 录，此时数据的存储是无损的。
通过以上的压缩方式，可以极大地提高经济存储
的 性 能 ， 经 过 测 试 ， 每 秒 纪 录 500 个 浮 点 数 ， iHistorian 和关系型数据库存储空间比较如下（存储 空间和数据变化率不同而有所不同）：
2. 应用架构
2.1 基于 iHistorian 的生产信息化应用平台
如图 1 所示，利用 iHistorian 构建 SIS 的数据库 系统应用架构分为数据采集部分、数据存储部分、数
报表/报告
Web-based 管理/维护
生产过程可视化
报警/统计
Windows-Based 管理/维护
设备故障诊断 产能优化
由于来自于不同的控制系统的过程数据之间可
能有时间上的相关性，所以 iHistorian 可以对来自不 同采集器的数据进行自动的时钟补偿，以保障数据分 析的有效性。
iHistorian 提供采集死区压缩和归档存储压缩两 种手段压缩记录过程数据。
采集死区压缩是指在接口站端，采集器将所采集 的的过程数据根据预定义的死区过滤后发送给 iHistorian，如果该死区定义为 0，则表示如果该标签 的当前值与前一个值不同，则把当前值发送给 iHistorian，如果完全一致的化，该值被过滤掉。
D 拐点
I
C
F
B
E
H
A
G 拐点
时间
图4
iHistorian 判断来自于采集器的数据如果数据点
C 落在 A 和 B 点的直线上或者在斜率的变化的死区 范围内，则 B 点数据不被记录到数据文件，在采集到 E 点数据时，直线 DE 的斜率相对于 CD 斜率的变化
已经超过了死区的限制，所以 D 点数据被记录到数据 文件。同理 G 点数据被记录到数据文件。在图 4 中 B、 C、E、F、H、I 点的数据都被压缩处理而没有记录，
3.3.3 数据应用
iHistorian 提供多种数据接口，通过 OLE DB、
可以使用标准的 SQL 语句查询 iHistorian 中的历史数
据、系统消息、标签点等，如下语句：
Select Timestamp, Value
From ihRawData where Tagname = Temp1 ；
这种采集架构的好处就在于前端分布很多采集 器时，不会因为 iHistorian 服务器的无法响应或者网 络链路中断而导致数据丢失。采集器可以自动将过程 数据缓存在本地缓冲区内，当 iHistorian 服务器响应 采集器请求或者物理链路恢复后，采集的数据可以自 动恢复到 iHistorian 中。这个特性充分保障的数据的 完整性。
厂 级 监 控 信 息 系 统 （ SIS ： Supervisory Information System）以信息化的手段帮助电厂优化 资源，提高生产效率和设备可用率，以降低发电成本， 在电力市场的竞争中取得优势。
SIS 系统的核心应用都构建于对生产过程数据的 实施连续采集的基础之上。通过对来自于水系统,输煤 系统，除灰系统，电气系统，机组 DCS 的连接和海 量时域数据的连续分析，可以完成机组性能指标运 算，业务逻辑管理等任务。
性能计算 ERP/SCM
骨干网
iHistoiran 服务器
z SCADA/HMI 数据采集器
z CSV/XML 文件采集器
z OPC 采集器
z PLC z DCS z DAS z 手工、离线数据
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数据归档文件
z 数据转换/计算 采集器
z Server to Server 采集器
图1
据管理部分和数据应用部分，具体如下： z 构建车间的控制室或者生产装置的局域网， 并可以介入到企业的骨干网 z 构建基础生产过程或者控制系统数据的采 集接口（PC-BASED 接口站、HMI、SCADA 软件、OPC 接口） z iHistorian 实时历史数据库服务器以及归档 文件 z 针对 iHistorian 的远端维护：Web-Based 或者 Windows-Based 远程管理和维护 z 生产应用：如生产过程可视化应用，统计计 量应用，批次管理应用，Web 发布应用等 z 与企业管理系统的接口，如面向 SAP 的 ODA、格式文件、面向关系型数据库访问 的 OLE DB 等等
归档存储压缩采用基于变化率的矢量压缩，原理 如图 4：
/秒
归档压缩 Max: 3.7G
MS SQL 500 值 一年
无
73G（平均
Server
/秒
每周 1.4G）
理论上讲在 iHistorian 中，最少利用 6 个字节就
可以记录一笔线性的过程数据，而不论纪录多长时
间。
3.3 系统性能
值
J
3.3.1 数据的采集
z 基于时间的连续的事件记录，例如阀门开 关、电机起停等开关量
z 离线手工数据，例如批次信息，条码、试 验报告
这种复杂特性的存储对象的决定了 iHistorian 具 有与关系型数据完全不同的体系结构。iHistorian 具 备良好接口，直接采集自于各个不同的控制系统的生 产过程数据。
3.2 数据库的存储结构
And Timestamp >Today
；
And IntervalMilliseconds = 1Hour ；
And CalculationMode = Average
；
该语句实现了针对当天 Temp1 每间隔 1 个小
时的平均值，返回结果如下：
TimeStamp
Value
2/7/2003 01:00:00
3.3.2 系统管理和维护
iHistorian 提供存瘦客户端的系统维护能力，即 通过 IE 浏览器，在远端就可以完成对 iHistorian 的全 功能免编程维护，包括系统状态跟踪、标签点的增删、 压缩比修改、用户权限管理、采集器的起停、归档文 件的备份等。例外 iHistorian 提供的电子签名的功能 可以提供更为强大的安全管理的能力，甚至可以指定 不同用户权限针对不同的的标签点的操作能力，并将 这些操作过程也记录到历史数据库中，用于操作跟 踪，由于该功能符合并通过 21CFR Part11 的认证， 所以可以直接满足电子签名的行业管制要求。
采集 采集时 压缩手段 占用硬盘
速度
间
空间
iHistorian 500 值 一年
死区压缩 Min:100M
iHistorian 可以以 20000 次/秒处理数据读写事 件、数据记录毫秒级的时间分辨率、采集器可以提供 100ms 的数据采集速度、单台服务器 10 万个标签点 记录能力、数据计算采集器提供直接针对过程数据的 计算引擎和脚本开发工具，可以直接将计算结果存储 到 iHistorian。
如果利用关系型数据采集过程数据，首先要预设 大量的表，可能包括：数据点的定义表、访问权限级 别分类表、访问者权限分配表、原始数据记录表、更
新数据表、数据类型定义表、系统消息表等等，如图 2 显示了一个利用 MS SQL 数据库的系统设计。
其系统结构复杂，而且对开发和集成人员而言要
图2
编写大量的脚本存储进程做大量的开发工作，由于来 自现场的数据都是实时刷新的，海量的，所以这种复 杂的体系结构必然导致在数据存储和回取使用的效 率较低，从而影响整个厂级信息化应用的效率。
电力 SIS 系统实时历史数据库平台 iHistorian
刘笑天
摘 要：本文系统阐述了实时历史数据库 iHistorian 在电力生产信息化建设中的应用以及与关系型数据库的差别。 关键词：实时历史数据库 关系型数据库 信息化建设 iHistorian OPC
1. 应用背景
根据企业信息化建设的一般性的总体设想，生产 信息化的核心目标是建立面向生产执行过程的信息 化系统，为了实现企业生产指挥中心根据生产过程的 实时信息快速生成管理决策，通过对厂级过程数据的 集成，使生产过程信息资源能够连续、自动地与企业 管理系统共享，从而不断地提高生产流程的 OEE(Overall Equipment Effectiveness 全面设备效 率 ) 和 关 键 绩 效 指 标 KPI(Key Performance Indicator)。生产管理决策的数据不仅仅来源于单一生 产装置，而是来自于厂级的、全企业级的甚至是跨地 域、跨时区的协作生产平台。
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2/7/2003 02:00:00
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2/7/2003 03:00:00
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如果利用 MS SQL 记录历史数据，要完成诸如基 于时间的平均值、插值等查询一定要编写大量的复杂 的代码和存储过程，针对原始数据建立索引和排序也 有很大性能上的牺牲，而且回取效率很低。