核电厂时序数据传输与应用架构优化研究
摘要：核电厂时序数据的深化应用从侧面反映了电厂数字化的程度。随着大数据技术的逐渐成熟，新的应用场景不断推进，对多电厂核心工业控制系统（DCS）时序数据外传应用提供了很好的解决方案。本文结合秦山核电应用实践，通过梳理各机组DCS系统的类型、厂家、型号，以及其支持的数据传输协议，在确保网络安全规范的前提下，优化数据传输架构，定制开发DCS－PI数据传输接口。同时，利用Hadoop大数据平台的高性能存储、缓存和并发机制，设计新的实时数据集成应用架构。颠覆原有PI系统单节点结构设计模式，利用大数据平台提升实时数据的传输、存储和数据利用的效率、可靠性的问题。
关键词：PI数据库 Hadoop 实时数据传输
Research on real-time data transmission and application architecture optimization of nuclear power plant
 CHEN yu
（CNNC Nuclear Power Operation Management Co.Ltd.,Jiaxing of Zhejiang Prov.314300,Ch
ina;
Abstract: Application of nuclear power plant time series data has reflected the popularity of power plant digitizing. Along with the ample studied data technology has been collected progressively and moving forward, the new application scenario has also deepening. Provide the solutions of series data transmission at multi-power plant DCS system. In this thesis, based on QinShan power plant actual real time scenario, through sorting out respective DCS system type, manufacturer, model and supported data transmission protocol, optimize data transfer architecture while ensuring network security specifications, customize development on DCS to PI data transmission transceiver port. Meanwhile by utilizing Hadoop data platform high performance storage, buffering & concurrency mechanism, design the new real time data structure. By sub versing the origin PI system’s structure. Improve the performance and reliability of real time data transmission、storage  and data utilization by using big data platform. 
Keywords: PI system, Hadoop, real time data transmission
一、现存问题分析
随着核电大数据与数字核电应用场景的逐步增加和深入，大数据相关的研究项目也逐年落地。秦山核电现有四个生产单元,包括秦一厂一台机组、秦二厂四台机组、秦三厂两台机组和方家山两台共计九台机组。由于四个生产单元采用了不同设计，每个机组的核心工业控制系统均有差别。并且由于建设设计标准不一致，部分DCS在设计初期没有具备数据外传的条件。
传统的时序数据库以其去事务性、高压缩比、高读写性、全生命周期的数据保存等优势，在过去很长一点时间都非常受用户喜欢，但在大数据计算和性能分析需求爆增的情况下, 接入时序数据库的应用系统越来越多，采用传统的单机架构的时序数据库产品受到单台计算机处理能力的限制，已经无法满足这种持续增长的时序数据处理工作。如果无法实现对历史数据高效处理，数据价值的体现将大打折扣，对于企业的精细化发展不利。
二、研究思路
通过梳理各机组DCS系统的类型、厂家、型号，以及其支持的数据传输协议，按照可行性，
稳定性，可配置性等因素选择最优协议，定制化开发DCS数据传输接口。最终，秦一厂和秦二厂1,2号机组采用OPC通用接口，秦二厂3,4号采用UDP接口协议。其中，UDP协议为定制化协议，其利用DCS和总线系统指定的端口进行实时数据的接收，采用被动监听端口和接收数据的方式进行数据采集，由于采用此协议不会向DCS和总线系统发送任何数据，从而避免由于人为或者病毒可能对DCS产生影响，确保了网络安全的要求。
搭建新的时序数据库的数据传输和存储架构是技术优化关键。根据核电厂网络安全管理规范要求，其他生产单元的数据传输链路（即秦三厂不可以使用秦二厂的数据链路）不能复用，且网络上生产大区需要与管理大区物理隔离。为满足安全管理要求，需要将已有数据架构推广至其他生产单元，完成全公司生产时序数据架构的搭建。
时序数据传输和存储工作的完成，标志秦山核电所有机组的生产时序数据传输链路的落地。但随着电厂实时数据的涵盖面的扩大，以及可预期的持续增长性。传统的时序数据库产品受到计算机处理能力的限制。比如ERDB系统在进行长周期性能计算的时候，PI系统的反馈时间上升至数十秒，影响了数据采集的稳定性。为了应对海量数据处理的需求，将数据库架构调整为大数据库平台架构，可以突破单机处理能力的限制，采用分布式计算的技术，极大地拓宽时序数据库产品的处理能力。
三、建设方法与验证
3.1通过DCS定制化数据传输接口的开发，完成对电厂9台机组PI系统的推广部署
本章节主要描述方家山、秦一厂、秦三厂等生产单元的数据架构的建设及优化。由于秦三厂在电厂设计中充分考虑了数据外传，系统架构上比较合理，且安全性也符合标准。所以在新链路搭建的时候，均是参考秦三厂的建设思路建设。
3.1.1方家山PI系统架构改造及数据接口优化
1)接口现状分析
方家山核电工程是秦山一期核电工程的扩建项目，工程规划容量为两台百万千瓦级压水堆核电机组，采用二代改进型压水堆技术，国产化率达到80%以上。当前现状为首先将unit2机组数据汇集到位于unit1机组PI服务器中，然后转发至外网PI数据库，该方案在生产中问题逐渐暴露，当unit1机组大修时，现场设备断电，内网PI服务停机，影响了unit2机组的数据外送。hbase属于什么数据库
另外，为保证现场工业设备处于运行最优状态，方家山生产单元采用定期预维策略，当一号
机组执行预维工作期间，会影响二号机组的数据完整性。改造前unit1和unit2机组统一汇集到一个内网PI数据库中，然后由CNI接口穿透隔离装置转发至外网的PI数据库集中。如下图1所示：
图1：为PI实时数据库改造前/后的网络拓扑图
      为解决此问题，信息部门设计了如上图1中的解决方案，改造后unit1和unit2机组分别写入到各自内网PI数据库中，然后由CNI接口穿透隔离装置转发至外网的PI数据库，很好的解
决了数据纠缠和安全方面的问题，极大的提升了实时数据的稳定性与准确性。