景应刚 罗俊 徐奎 兰洋 何栓 方华建

逐步实现核电国产化、自主化是我国既定的政策和计划，是发展核电的必由之路。在《国家信息化发展战略纲要》战略目标的指引下，对核电企业在生产、运维、管理等流程产生的工业大数据的分析与应用，驱动着核电企业不断推进信息化建设。设计并实现厂级时序数据存储及分析系统，完成对核电时序数据的可视化展示和处理，能够减小关键技术对外部的依赖，在实现时序数据的高效存储与充分分析展示的同时，完成关键技术国产化。

一、 引言

核电厂在生产、运营过程中会产生海量的时序数据，时序数据是核电工业场景中关键数据，记录了核电工艺流程相关的各种运行状态，可以为核电厂生产提供实时状态监控和历史数据分析的数据支撑。核电时序数据库及分析系统曾长期由美国为代表的发达国家所垄断。中国大陆接近60%核电厂都在使用，且中国核能电力股份有限公司已建成的核电厂所用的数据库全部都是美国公司提供。经过十多年研制和改进，国内已涌现出多家拥有完全自主知识产权的工业级时序数据库供应厂商，并且其产品已在国内核电站得到稳定应用。

为响应核电行业国产化、自主化的政策指导，确保基础设施的可用性、避免信息安全方面的隐患，本文提出核电厂级时序数据存储及分析系统，基于国产工业级时序数据库，实现时序数据存储和时序数据基础服务的功能，再结合核电业务需求特点，设计开发自主化的核电特色组件，实现关键技术国产化。

二、厂级时序数据存储及分析系统

（一） 总体架构

现有的时序数据存储及分析系统仅提供IT基础功能（存储、访问的基础服务），缺乏对核电业务理解和支持，并且对高频震动数据接入支持差，存储及查询耗时长。

本文提出的厂级时序数据存储及分析系统，数据存储和基础服务通过与国内成熟的商业化工业级时序数据库供应商合作实现国产化需求，结合核电业务需求特点，通过自研的方式设计开发核电数据接入和核电特色组件，可解决核电厂管理网时序数据采集、存储、分析及可视化展示的需求，实现自主化。总体架构如图1所示。

（二） 时序数据库

1.时序数据

时序数据，即时间序列数据，我们把按时间戳的大小顺序排列的一系列记录值的数据称为时间序列数据（Time Series Data）。来自生产现场的全生命周期的时序数据是提高生产水平和管理水平的数据基础。获取生产运行的时序数据，能够为现场管理、生产系统提供实时的数据服务，打破流程工业生产过程中的“数据壁垒”，为设备健康管理和工艺系统优化提供依据。

核电厂生产运营环境下需采集的时序数据量巨大，具有以下典型特征：采集频率高，周期为毫秒级；单条数据不长，但是数量很大；一个采集点的数据源是唯一的；数据以写入操作为主，读出操作为辅；数据流量平穩，可较为准确地计算；数据根据指定的时间段和区域进行分析和可视化展示。

2.时序数据库特性

时序数据库即存储时序数据的数据库。它允许快速写入、持久化、多维度地聚合查询时序数据等操作。根据核电业务特点和实际需求，本文使用的时序数据库需满足以下要求如表1所示。

3.定义时序数据接口标准

基于核电时序数据储存及分析应用需求定义时序数据访问的接口标准，此接口标准可用于访问核电厂的数据采集设备、传感器和时序数据库中的各种时序数据。

三、时序数据的核电工具集应用

（一） 时序数据可视化

数据本身是抽象的概念，随着数据量的不断增大，传统的数据统计方法很难满足用户去理解数据本身的含义，而数据可视化作为一项新兴且蓬勃发展的技术，已经在自然科学、工程科学、经济、通信及商业金融等领域得到了广泛的应用并取得了很多卓有成效的进展。相对数字来说，人类似乎天生对图表更加的敏感，数据可视化这种方法通过图像、表格等视觉载体承载数据，让数据看起来更加直观与美观。

（二） 核电工具集

基于时序数据库的数据，结合核电业务需求特点，核电时序数据应用至少包含以下工具：

1.核电时序数据分析工具

通过时序数据算法建模工具，用户可在管理网内通过该工具可以实现对核电厂的设备、报警、工况等应用的实时和历史数据分析。

2.核电流程图组态工具

通过核电流程图组态工具，在管理网上实现对核电的运行监控。

3.核电报警工具

通过核电报警工具，配置报警等级、抑制条件、报警阈值等报警属性，为用户在管理网内提供核电的运行报警监控。

4.核电报表工具

通过核电报表工具，生成核电的实时数据报表和历史数据报表。

5.核电数据安全工具

基于满足核电厂信息安全要求的核电数据安全工具，保障核电时序数据的采集、储存、访问的安全。

6.核电数据资产管理工具

基于满足核电厂数据资产管理流程及规范的核电数据资产管理工具，用于核电数据的权限管理、数据发布、数据审批等管理功能。

五、结语

在工业互联网快速发展的大背景下，工业生产现场投放了大量的设备传感器和监控系统。二者提供的数据能够反映设备及系统的实时状态，其中的大多数据都是时序数据，这些海量的时序数据有着多样化的分析需求和重要的参考价值。在核电厂生产运营的场景下，结合核电业务特点，设计并实现厂级时序数据存储及分析功能的系统，能够为提供可视化运维、预测性维护、远程智能管理等方面提供依据，降本增效，同时加速工业化与信息化的深度融合，促进核电国产化、自主化发展，响应《国家信息化发展战略纲要》战略目标号召，产生社会经济效益。

作者单位：中核武汉核电技术股份有限公司