东方国信时序数据库(基于Apache IoTDB)适配图扑TopLink,携手助力核电站数据展示

近日，东方国信时序数据库CirroData-TimeS（基于Apache IoTDB）完成了与大连图扑TopLink组态软件的适配。在某核电站数据展示项目中，数据经过Toplink的解析，进入CirroData-TimeS时序数据库进行存储和计算。通过搭建场景和动画驱动，对压水堆核电站发电的工作原理进行了数据可视化展示。实现了CirroData-TimeS在工业数据可视化领域的生态建设，为工业物联网提供了全新的解决方案。

背景介绍

在物联网、工业互联网领域，任何一个项目的实现都离不开两部分：数据和展示。

大连图扑物联科技有限公司是一家专注于工业物联网解决方案的公司。软硬件⼀体化TopLink SCADA 一体机是图扑物联专为针对工业物联网边缘侧应用场景打造的一款部署在本地近场环境、以高性能计算机为载体、与云端协同的一体化计算服务产品。具备工业协议解析、数据采集和转发、本地组态监控、本地场景联动等核心功能，具有跨平台、易使用等特点。

对于工业生产监测数据的展示，TopLink 提供基于 HTML5 标准的 Web 图形组态编辑功能，通过拖拉拽方式即可快速制作组态监控画面，满足工业场景图形图表组态监控需求。

前端采集设备可直连Toplink软硬一体机，Toplink进行数据协议解析。数据进入平台后存入时序数据库。

针对海量的设备上报数据，在做实时显示的同时还考虑将历史数据也进行无损保存，并在TopLink上给用户提供数据查询的支持，这对底层的时序数据存储提出了相当高的要求。

通过对市场上主流的时序数据库进行选型，大连图扑最终选择了东方国信研发的国产化时序数据CirroData-TimeS（基于Apache IoTDB）与TopLink进行适配。

CirroData-TimeS（基于Apache IoTDB）是一体化收集、存储、管理与分析物联网时序数据的软件系统。CirroData-TimeS（基于Apache IoTDB） 采用轻量式架构，具有高性能和丰富的功能，支持类SQL查询以及原生API接口，能无缝对接Apache Hadoop、Apache Spark等大数据分析框架。可以满足工业物联网领域的海量数据存储、高速数据读取和复杂数据分析需求。

项目案例 —— 核电站工艺流程组态

图扑用可视化的方式为大家科普核电站的工作原理，让大家对当前核电站能有基本的初步了解，核工业本来就是一个沉甸甸的行业，从它诞生的那时起就跟国家的命运紧密结合，我们的老一辈核工业人，通过他们的奉献诠释出了“两弹一星”的精神和核工业的精神。目前世界上的核电站 60% 以上都是压水堆核电站，其主要由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机及有关系统设备组成。因此，我们经过搭建场景和动画驱动制作了压水堆核电站发电的工作原理可视化。

▲ 整体场景以及交互预览

通过点击各部位的名字，如果有信息面板的话相应的信息面板会显示，隐藏上一个显示的面板，名字做高亮处理，没有信息面板的只处理名字的高亮效果。应用Toplink搭建的核电站工艺流程系统，分析在核电站中，反应堆的作用是进行核裂变，将核能转化为水的热能。水作为冷却剂在反应堆中吸收核裂变产生的热能，成为高温高压的水然后沿管道进入蒸汽发生器的 U 型管内，将热量传给 U 型管外侧的水，使其变为饱和蒸汽。冷却后的水再由主泵打回到反应堆内重新加热，如此循环往复，形成一个封闭的吸热和放热的循环过程，这个循环回路称为一回路，也称核蒸汽供应系统。一回路的压力由稳压器控制。由于一回路的主要设备是核反应堆，通常把一回路及其辅助系统和厂房统称为核岛（NI）。

反应堆

由上述反应原理可以了解到，反应堆和燃气灶的原理其实没有本质不同，其主要作用加热水产生水蒸气带动汽轮机发电。这里我们应用了可视化技术模拟了水注入反应堆后加热的过程，水位的变化使得整个动画更加形象的展示出反应堆的工作状态。

主泵

如果把反应堆中的冷却剂比做人体血液的话，那主泵则是心脏。它的功用是把冷却剂送进堆内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。我们在这里用闪动的亮光来展示其工作状态。

稳压器

又称压力平衡器，是用来控制反应堆系统压力变化的设备。在正常运行时，起保持压力的作用；在发生事故时，提供超压保护。压力上升过程中，我们加入了波动的效果以展示稳压器内压力的变化。

蒸汽发生器

它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水，并使之变成蒸汽，再通入汽轮发电机的汽缸作功。如图，上部分圆形转动时，气泡根据大小不同上升的速度也不相同；中间传送带的走动更加清晰的展示了正在工作；底下水位升降时，水波也在动作，使整体效果更为贴切。

由蒸汽发生器产生的水蒸汽进入汽轮机膨胀作功，将蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。汽轮机转子与发电机转子两轴刚性相连，因此汽轮机直接带动发电机发电，把机械能转换为电能。作完功后的蒸汽（乏汽）被排入冷凝器，进行冷却凝结成水，然后由凝结水泵送入加热器预加热，再由给水泵将其输入蒸汽发生器，从而完成了汽轮机工质的封闭循环，我们称此回路为二回路。循环冷却水二回路系统与常规火电厂蒸汽动力回路大致相同，故把它及其辅助系统和厂房统称为常规岛（CI）。凝结水泵中间风扇转动表示工作正在进行，根据管道内运动方向来决定风扇的逆时针或者顺时针的转动情况。

换料水箱

通过水位的升降来展示；同理展示的还有辅助给水泵、地坑等。

低压加热器

每个加热器的位置推达点不同，在视觉上更逼真、更有科技感的效果，同理展示的还有高压加热器。

碳酸箱

我们增加了水的波动效果，让动画更加形象的展示了这种类型的箱体的工作状态。同理展示的还有除盐水箱、化学药物混合罐、容控器等。

除氧器

下部分水位升降时带动水波动，上部分的氧气根据形状的大小移动速度也不相同。

合效应的考虑之下，核电应该是大国战略的必然选择。

数据接入与存储

根据项目所需，采用MQTT协议，对应硬件网关的方式做数据采集，应用CirroData-TimeS（基于Apache IoTDB）作为时序数据的存储引擎，下面是具体配置方式。

创建数据通道

选项 通道 创建一个通道，通讯规约我们可以选择MQTT，通道名称需要手动输入:

通道创建成功后，需要进行通讯设置。

创建设备类型

选项 设备 > 设备类型 创建一个新的设备类型，其中类型标识、类型名称和通讯规约为必须填项：

如果勾选了点表模板，则该类型下所有的设备均使用模板中的点表配置

创建设备

选项 设备 > 设备列表 添加一个新的设备，该设备的设备标识、设备名称为必须填项：

组态开发

选项 可视化 > 组态开发 可进入组态画面编辑器界面。在组态开发界面中进行测点绑定。

时序数据库配置

选项 设置 > 时序数据库 进入时序数据库配置界面，在配置界面中选择CirroData-TimeS（基于Apache IoTDB），填写对应的数据库配置信息，包括地址、用户名、密码等。可以设置数据保留时间，默认为7天。

历史数据查询功能

配置好时序库后，就可以使用历史数据查询功能。通过设置测点的存储间隔来把数据按照时间排序存到时序数据库中。

在数据目录下，包含了数据查询、报表分析、操作记录等功能，可进行历史数据查询。

历史回放功能配置

历史回放功能依托于 CirroData-TimeS（基于Apache IoTDB）的历史数据查询接口，可以实现组态画面的历史回溯。通过选择时间区间、时间精度和间隔，将查询到的历史数据按时间序列进行加载。可以按正常速度加载历史数据，可以调整播放速率。

选项 可视化 > 组态开发 进入组态画面编辑器界面，在组态编辑器界面中选择需要历史回放的图纸，在图纸中添加一个按键或选择一个交互载体，在右侧属性栏中添加交互，执行动作选择历史回放。

更多展示案例

总结

近年来为实现核能的长远可持续性发展，世界各国提出了许多新概念的反应堆设计和燃料循环方案。“提高安全性、改善经济性”是一以贯之的主线，数据发挥了巨大作用。

大连图扑与北京东方国信携手，充分发挥双方在数据可视化与大数据存储和计算方面的优势，共建工业互联网生态体系，共同推动工业数字化转型。

图扑Web组态软件

http://iotopo.com/platform/

图扑2D、3D可视化示例

https://www.hightopo.com/demos/index.html

Apache IoTDB 官网

https://iotdb.apache.org/zh/