唐山钢铁公司PI实时生产信息系统
频道：唐山 发布时间：2007-04-20
唐山钢铁公司PI实时生产信息系统
一、系统设计目标
通过实时数据库系统与全公司各生产厂装置控制系统的连接，实现管理层与控制层的集成，为上层应用提供统一的数据平台。基于实时数据库平台和关系数据库平台建立一个覆盖全厂各部门，功能齐全的管控一体化计算机集成生产系统 ,实现产、供、销、人、财、物的合理调配，使企业的生产计划、资源平衡、产品营销和预测决策良好运行，取得最佳经济效益。
二、项目概况
PI实时数据库系统采用分布式结构，即在公司信息中心设置一台PI实时数据库服务器，该服务器负责存储公司所有装置控制系统的生产数据。接口机分布在各装置控制室现场，厂长、总工、科室和车间管理人员通过PI实时数据库来了解现场装置的生产情况。在与局域网相连的每个用户的PC机上安装PI客户端软件或直接通过IE来浏览PI服务器中的生产数据。在公司管理层每个办公室的电脑上看到的生产数据与DCS系统保持同步，几乎没有时间上的延时。PI实时数据库系统是一个可扩展的系统，由于受投资规模的影响，唐山钢铁公司实时数据库系统的建设采用统一规划、分步实施的策略，首先把装置最重要的数据采集上来，其它一些数据或新建装置今后等条件成熟或接口情况改善后逐步与PI系统相连。一期工程要把制氧厂的所有生产数据和公司能源计量系统生产数据集成到管理网上，基于PI实时数据库平台，开发全公司各分厂的能源消耗管理系统和氧气厂的实时生产管理系统。系统结构如图1所示。
图1 系统结构示意图
三、唐山钢铁公司PI实时数据库系统技术特点
1． PI服务器采用HP LH6000服务器，PI服务器与公司主干网相连，满足了大数据量实时传输的要求。公司网络交换机在划分VLAN时将PI接口机和PI服务器划分在一个VLAN内，提高了网络通讯效率和安全性。
2． PI实时数据库系统点的许可证点数是1000点，唐山钢铁公司在二期工程中将对PI系统的数据容量进行扩充。PI服务器存储数据点(tag)的类型有整型、实型、字符型、开关量和二进制数值。
3． 唐山钢铁公司PI实时数据库系统有完备的安全机制，如防火墙和代理机制等。客户端用户除了要通过防火墙的安全检查外，还需要有合法的帐号和口令，否则无法登录PI服务器。PI系统管理员对用户可以访问那些数据进行授权。这种授权是基于每个数据点(tag)来实现的，PI系统管理员可以授权厂长，总工等高级管理人员能够浏览所有的数据，授权一般的管理人员可以浏览部分数据，而一些敏感的数据不能查看。PI系统管理员通过PI-SMT系统管理工具可以对客户端用户登录PI服务器的情况进行监视。PI系统管理员还可以监视PI服务器实时数据流量和历史数据归档流量，历史数据库空间的使用情况，PI系统日志，数据点（tag）的属性值，PI用户和用户组的权限，PI系统参数设置，服务器内存的使用情况，CPU的负荷情况等。
4． PI系统管理员可以根据实际情况和需要来建立一些“软位号”，这些“软位号”是DCS中不存在的数据点，它是利用PI提供的PE功能对来自DCS的数值进行二次计算，并保存计算结果。PE模块提供了大量的计算函数，可以利用这些函数实现很多模型计算。例如，对流量的温度压力补偿计算，机泵的累计运转时间等。
5． PI实时数据库系统在保存历史数据上采用了高效的“旋转门”压缩技术，使得历史数据可以保存很长时间。一般来说，1000点的PI系统保留1年的历史数据需要438M的硬盘空间。
四、PI客户端(C/S)软件技术特点
PI流程画面在一台机器上组态完成后拷贝到其它机器上使用，流程画面的组态工具和浏览工具为同一工具PI-Processbook，可以组态中文流程图画面，流程画面无需编译，组态时是所见即所得。趋势图可以直接放置在流程画面上，也可以点击任意数据点随时生成趋势图。实时和历史生产数据可以通过流程图、趋势图和数据一览表的方式随意查询。画面上的图形能够动态显示，现场的开关动作能够在画面上及时显示，可以通过图形闪烁和声音来进行报警指示。在画面上可以嵌入立体图素和位图。流程图上的数据的定位显示和所有动态图形的刷新变化都是由工艺位号决定。用户可以对流程画面进行历史数据回放。所有Windows的控件都可以嵌入流程中使用，流程画面也可以嵌入到WORD或EXCEL中使用。PI提供插件功能，可以在其它软件中使用，并通过它调用PI实时和历史数据。用户在客户端可以定义自己的数据集，对各数据点计算最大值、最小值、平均值、方插以及用户自定义计算公式。PI-Processbook本身内嵌VBA，流程画面上的数据和动态图形都可以看作一个对象，这些对象都有自己的成员、方法和函数，用户可以用VB进行编程，组态某些特殊的和复杂的流程图。用户在一个流程画面上可以同时登录多个PI服务器，把多个PI服务器中的数据取过来在一个画面上显示。
五、PI WEB Server结构特点
PI数据服务器同时也作为PI WEB Server服务器。在该服务器上安装微软公司的IIS和OSI公司的PI-ActiveView软件。我们把客户端组态的流程图按每个画面单存为一个文件拆分开。使用网页编写工具如Dreamwave等，把PI流程画面文件嵌入到超文本文件中，按一定的次序组织起来。把编写好的网页放在相应的目录下通过IIS来发布流程图和实时数据。客户端用户可以通过IE来访问PI WEB Server站点，
六、PI接口软件特点
1. PI接口软件采用TCP/IP通讯协议，采用C语言编写，软件的运行效率、可靠性和灵活性都很高。PI实时数据库系统中位号属性值的变化、位号的增加、删除和修改，接口软件能自动接收这些变化了的信息，并且无需重新启动接口程序就可执行这些改变。PI系统管理员做这些修改只需在PI服务器上完成，而无需到现场。
2. 大部分PI接口机都是采用普通的PC机和NT操作系统。为了确保安全，需要把DCS、PLC通讯接口与工厂网络相隔离，一般采用在PI接口机中插两块网卡，或采用VLAN技术把接口机划分在一个虚拟的网段内，使管理网上的其它PC机与接口机相隔离。
3. PI接口机采用分布式设置，在不同的DCS、PLC控制室现场分别放置一台接口机或直接把操作站作接口机，确保数据的实时性和数据传输的安全性。
4. PI系统采用两级的数据压缩技术，其中的第一级压缩是在接口机上完成，当接口软件发现每次采集的数据无变化或变化很微小时，数据就被过滤掉不送给PI服务器，这样可以大大减少网络的通讯负荷。PI接口软件能够对接口通讯量进行实时监测，监测结果可以传送给PI服务器。
5. PI接口软件有容错的功能（Buffering），当PI服务器发生故障或网络出现故障时，接口机可以继续工作，把采集到的数据保存在本地硬盘中，当PI服务器或网络恢复正常时，接口软件能把数据补回到PI服务器，这样可以确保数据不丢失。
七、PI系统与DCS、PLC通讯接口软件配置及连接说明
序号 控制系统类型 控制系统厂商 DCS通讯接口类型 PI与DCS接口软件
1 PLC AB OPC PI-IN-OS-OPC-NTI
2 SIMATIC S7 Siemens OPC PI-IN-OS-OPC-NTI
3 PLC Wonderware InTouch PI-IN-WW-INTCH-NTI
4 TPS Honeywell DDE PI-IN-OS-DDE-NTI
5 能源计量网 RS232串口 PI-RS232串口
1. PI-IN-OS-OPC-NTI (2#制氧机空分控制系统, 75吨氧氮液化设备控制系统)
OPC（OLE for process control）是一种开放式的系统接口标准。OPC基于OLE/COM和DCOM技术,允许在自动化/PLC应用程序与办公应用程序之间进行简单的标准化数据交换。OPC接口标准协议是1997年推出的,现在已得到了全球工控厂商的响应。
PI系统有与第三方控制厂商的OPC Server连接的标准接口，它可以与任何DCS厂商的OPC Server连接，只要符合OPC的标准通讯协议。西门子的控制系统软件WINCC中含有OPC Server， AB的控制系统软件Rsview32中含有OPC Server，这些控制系统分别都有两台操作站，可以将其中的一台操作站作PI接口机，在接口机中分别加一块网卡与工厂网相连，在该操作站上安装PI接口软件PI-IN-OS-OPC-NTI，就可以实现控制系统与PI服务器之间的数据通讯。PI与OPC通讯接口连接方式见图2。
图2 PI与OPC通讯接口连接示意图
2. PI-IN-WW-INTCH-NTI （15000M2/H制氧机监控系统）
该控制系统有两台操作站，把其中一台操作站作PI接口机，在该机中加一块网卡与工厂网相连。操作系统平台为NT4.0，InTouch的版本在6.0b以上，并配置相应的InTouch IDEA SDK模块。在该接口机上安装接口软件PI-IN-WW-INTCH-NTI，接口软件需要InTouch IDEA SDK模块的支持。PI与InTouch通讯接口连接方式见图3。
图3 PI与InTouch通讯接口连接示意图
3. PI-IN-OS-DDE-NTI（KDONAr-17000/1000/615空分装置）
该装置采用Honeywell公司的TPS控制系统，有两台操作站，将其中的一台操作站作PI接口机，在该机中加一块网卡。要求在机上安装TPS DDE Server软件模块，再安装PI接口软件PI-IN-OS-DDE-NT。PI与DDE通讯接口连接方式见图4。
图4 PI与DDE通讯接口连接示意图
4. PI-RS232C（能源计量系统）
能源计量系统通过 485连接方式把全公司的各计量点都连接起来了，并通过RS232C与PC机的COM口连接。在该接口机上安装NT4.0操作系统。由于这是一个较为特殊的通讯接口，OSI公司没有标准接口软件，因此太极计算机股份有限公司开发了此接口软件，接口软件采用TCP/IP通讯协议，用Visual C++和PI-API编写。
八、应用效果
项目投用后，系统运行稳定可靠，系统维护人员的工作量与以前相比大大减少。唐山钢铁公司生产调度人员通过能源计量网系统对全公司的氮气、氧气、煤气、水、蒸汽等生产和消耗进行实时调度，减少氧气的放散，节约能源，保证了生产的稳定均衡。从趋势图中还能够看出炼钢的吹氧情况及吹氧周期以及每天炼钢的炉数和时间。
计控处管理科通过该系统能对各分厂的生产成本进行动态监控和分析，为节能降耗提供了依据。氧气厂管理人员通过该系统能实时了解全厂所有生产装置的现状，分析装置可能存在的问题和关键设备的运行状况，为生产管理人员提供了有效