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PI实施案例
PI实时数据库在发电企业中的应用
2010-12-2914:
42:
33作者：
孙钦丽来源：
浙江浙能钱清发电有限责任公司浏览次数：
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将底层控制系统与上层管理信息系统联系起来是过程企业信息集成的必然要求，作为两者之间的桥梁，PI实时数据库广泛应用于电力，化工等行业，它在第一时间将生产系统的数据传递到业务系统，使检修人员可以即使发现问题迅速响应，管理人员也可以根据历史趋势全面掌握设备的运行情况。
我公司是具有两台机组的火力发电厂， PI系统的实施为信息管理系统提供了大量有价值的数据，缩短了上到公司领导下到检修人员与生产现场的距离，节省了人力，提高了效率。
关键词：
发电企业，实时数据库，管控一体，科学发展
一、实施背景
随着信息化的发展，发电企业普遍引入了计算机管理系统，并开发了相应的MIS系统，在企业范围内实现计算机管理，旨在实现全方位的信息化管理方案。
但是发电企业在信息化管理方面普遍存在着信息孤岛多、数据利用率低等问题。
最突出的表现就是由于安全性的限制，生产控制系统中的数据不能直接传递到上层管理信息系统中，不能真正做到及时、全面的信息管理。
而引入PI（Plant Information）实时数据库通过搭建一个企业级数据平台，实现管理控制一体化，可解决信息化存在的主要问题，从而为发电企业信息化建设提供指导意义。
二、关于PI系统
PI是OSI软件公司开发的大型实时/历史数据库系统，是企业实施ERP工程中必备的基础平台。
PI实时数据库是真正的时间序列数据库，具有强大的数据收集和管理功能，以数据原型长期在线存储存储，成为整个企业可靠的公共数据源；它具有良好的开放性以及多样化成熟接口，能很好实现企业管理和设备控制一体化；它采用专利的压缩算法，占用磁盘空间小，响应速度快；它分布式的采集接口机上的数据，完美地解决了公司信息处理中存在的不足，弥补了公司管理上的空缺。
三、实施过程：
3.1网络拓扑的构架：
为确保生产控制系统的稳定安全运行，避免病毒攻击，根据国家电监会二次安全系统防护“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则，确定整体的安全防护方案，具体拓扑图如图一。
生产控制1区的DCS、RTU、脱硫接口通过边界防火墙实现和生产控制二区的逻辑隔离；生产控制大区与管理信息大区部署电力专用隔离装置，实现物理隔离，两大区之间只有单向的数据交流，即PI系统中的实时数据由生产控制大区到管理信息大区的数据传输。
管理信息大区的PI服务器通过千兆光纤连到中心6509交换机，再通过百兆网线到桌面客户端。
图一
3.2与控制系统接口方案的选择
我公司1、2号机组DCS系统均采用英国EurothermNETWORK-6000系统，该系统的监控软件采用FIX32；1号机脱硫实时系统采用芬兰NelesAutomation公司的DamaticXD系统；2号机的脱硫实时系统采用的是英国EurothermNETWORK-6000系统；其它还实施了ABBERTU560和杭州创维公司的RTU系统。
PI实时数据库提供基于OPC规范、PI-API技术的标准接口，同时支持利用C++、VB的SDK开发的数据库接口。
两种接口软件都采用TCP/IP通信协议，都具有buffer缓存，为发送到PI服务器的数据提供了暂存与转发的功能，确保在PI服务器因维护、升级、备份和异常错误导致停机的情况下，仍能持续地采集实时数据保存在本地硬盘中，当PI服务器或网络故障消除后，接口程序自动把硬盘中的数据补回到PI服务器中。
Buffer作为windows服务在系统启动时会自动运行。
3.2.1标准接口的配置
我公司1#机的脱硫系统采用OSI公司提供的PI与DamaticXD的标准接口系统PI-IN-VS-DXD-NTI。
标准接口需要编辑启动文件和配置测点属性，确保接口机从DamaticXD控制器取得数据并将数据传递到PISERVER1。
PI测点属性：
Tag——测点标签名称。
PointSource ——单个的、唯一的用来识别接口属于哪个接口的字符。
更多信息请参与/ps命令行参数。
PointType——PI3服务器支持Float16,float32,int16,int32,和digital类型的数据。
Location1,Location2,Location3,Location4,和Location5
属性
说明
Location1
对应的接口ID（参阅接口参数/id）
Location2
表示测点在FIX中的Field类型
=1表示Field类型是F_CV，所有float和digital测点都使用该类型。
Location3
在程序中不起作用
Location4
表示测点的ScanClass编号，该编号与接口/f参数按顺序一一对应（从1开始）。
Location5
在程序中不起作用
InstrumentTag——对应与FIX系统中的测点名称。
Scan——默认情况下，该属性值为1，表示开启对该测点的数据扫描。
如果设置为0，则接口不对该测点数据进行扫描。
Shutdown——该属性仅适用与PI3的系统。
该属性默认为1，表示当PI启动时，PIShutdown子系统将”SHUTDOWN”状态写入每个测点。
编辑启动文件需设置如下参数：
3.2.2自主开发的接口
PI-API提供开放的编程接口，可以自主开发。
1#、2#主机的DCS系统、RTU系统均采用自主开发的接口程序。
接口程序负责程序的读写，新点的建立和配置由PI-SMT程序完成，可以加载PI-SMT到EXCEL表格中，方便批量数据的建立或修改。
接口程序使用之前要安装PI-API，通过接口函数读取DCS系统中的数据，然后调用PI-API函数将读写的数据批量写入PI实时数据库系统。
pilogin.ini设置服务器主机名、IP地址、端口号、用户名等相关信息，tag.ini包含了DCS的数据点与PI系统中数据点的对应关系，这两个文件满足了接口程序的正确运行。
3.3PITOPI的接口设计
为确保生产控制大区的安全，分别在控制区和管理区设置PISERVER，接口程序PITOPI实现了PIServer1到PIServer2的数据传输。
PIServer1作为数据的发送端运行接口的client程序，逗号分隔符文件TAG.SCV通过POINTID将两区的同一个点关联起来。
网络中断或接口故障时，PIServer1暂停到PIServer2的数据传输，恢复后历史回补功能可以保障数据不丢失。
四、系统应用实例
ProcessBook是易于使用的PI系统的主要图形用户接口，它使PI系统和其它数据源中的实时数据和历史数据有效地显示出来。
在每个客户端的PC上，使用PI图形显示界面创建可保存的且与其它用户共享的共交互式图形画面，用户可以迅速在浏览与创建模式之间切换，用以创建动态、交互式画面。
也可以使用嵌入到PIProcessBook中的微软VB应用开发工具编写画面及趋势自动化的脚本程序。
报表系统是在PI系统的平台上，开发完成的一套应用子系统。
使用的是在VB中嵌入EXCEL报表的模式，利用EXCEL自身的宏及加载宏功能（一系列的API函数），使得用户可以自己设计报表的格式与风格，自己定义单元格的计算公式，来实现一些时（日）报表、日志等统计报表所用的基础数据的存取，生成所需的各类日报、月报、季报和年报。
PI实时数据库通过pi-odbc实现与关系数据库Oracle的数据通讯，为运行管理、运行优化系统、电力市场辅助决策系统提供数据。
运行优化系统建立在PI实时数据库的基础上，通过读取PI数据库的数据加以计算和分析，并将结果写回PI数据库，优化热力参数曲线，进行耗差分析、小指标计算等，以指导机组的优化运行，降低运行成本；运行管理系统按固定时间间隔读取PI实时数据，并动态的写入到运行管理系统中央数据库中。
在运行管理系统实时数据配置管理模块中，通过对需要实时数据的数据库字段进行配置，使其与实时数据库中的参数点对应（即tag点），系统根据配置的参数点通过PI数据库接口获取数据。
五、实施效果及不足
我公司PI系统投用后，弥补了信息断层，将分散的信息资源集成起来，尤其是将管理系统和控制系统的信息有机的结合起来，形成了真正意义上的全厂实时生产信息系统集成。
厂领导和各级管理人员、技术人员、操作工都可以随时察看生产现场的重要参数，通过PI的ProcessBook察看总流程图可以对整个工厂的生产情况一目了然。
有关人员通过PI的DataLink软件可以在Excel中直接调用生产数据，大大提高了报表和数据计算的效率以及准确性。
通过该系统，可以有效监督机组的运行状态，及时发现问题，避免大的隐患。
我公司PI系统采用的是C/S架构，PDI图形文件保存在客户端PC机上，这样当控制系统结构或点发生变化时，就要逐个客户端更新。
采用PI-ACTIVEVIEW搭建PI系统的B/S结构，由于图纸存储在服务器上，变动对客户是透明的。
虽然PI实时数据库为运行管理、运行优化系统提供了大量数据，但目前并没有直接通过PI-ODBC接口传递到EAM（资产管理）的设备管理模块。
总之，在发电企业中要继续深化应用PI实时数据库系统，挖掘潜力最大可能的发挥生产实时数据的价值，实现信息系统的可持续发展和企业的科学发展。
作者简介：
孙钦丽，女，1982年生人，助理工程师，现从事计算机信息管理相关工作
PI实时数据库应用于国华台电
PI实时数据库应用于国华台电
国华台电全称为广东国华粤电台山发电有限公司，位于广东省台山市铜鼓湾，依山傍海，风景优美，是一家花园式发电企业。
国华台电成立于2001年3月，1、2号两台60万千瓦发电机组分别于2003年12月与2004年4月投产，目前3、4、5号三台60万千瓦机组在建。
按该厂二期规划，还将新建6台100万千瓦机组，总装机容量达到900万千瓦，届时将成为亚洲最大的单体火力发电厂。
基于国华电力集团高层领导的重视，国华台电信息化建设水平居国内电厂领先地位，也是集团内的标兵企业，其起点高、投入大、应用有成效，与生产联系密切。
在这其中，来自OSIsoft公司的PI实时数据库系统承担着基础实时数据处理平台的角色，其应用有特色，并在电力行业具有相当强的示范意义。
焦党育，国华台电安健环部IT主管及其领导的团队负责了PI系统的具体实施，他与我们分享了项目实施过程中的经验与体会。
CEChina：
简单介绍国华台电信息化建设的整体思路与系统结构。
焦：
整个国华电力在信息化建设工作上本着总体设计、统一规划、从上到下建设的原则，旗下电厂主要的信息管理解决方案完全一致，从管理平台上进行统一，避免电厂之间信息孤岛和不统一，为集团公司信息共享奠定基础。
我们引进管理软件目的是为了引进管理思想，本着原汁原味引进国外先进成熟管理思想的原则，进行信息化建设，便于与国际接轨。
国华台电的信息化系统底层涉及到过程实时数据库系统PI、运行优化系统OPTIPRO、中间层业务流程管理系统BFS++、高层决策支持系统COCKPIT、集团公司企业信息门户PORTAL系统等，形成信息流的金字塔形结构，科学合理。
其中PI位于底层控制系统之上，负责实时生产信息的采集与存储，起到基础平台的作用，为上层管理系统提供基础数据进行处理与分析。
国华台电1、2号机组信息化系统整体投资约3000万人民币，其中PI系统的投入包括软件、接口机与开发实施。
目前1、2号机组的PI系统在机组168小时试运之前开发实施结束，3、4、5号机组的PI系统正在采购之中。
CEChina：
为什么会选择PI作为全厂实时信息管理系统的基础平台？
焦：
关键是SIEMENS公司一套完整的电厂管理解决方案得到了国华电力高层领导的认可，他们提供了整个软件与硬件实施方案。
而OSIsoft是SIEMENS的合作伙伴，其PI实时数据库系统由于集成了SIEMENS的整体方案而被我们引进来。
通过办公楼进口处的PI画面，实时了解生产状况。
CEChina：
电厂控制系统信息量巨大，如何对控制系统中的I/O点进行筛选，以实现有用数据的长期存储？
焦：
根据我们的经验，建议采取如下原则，即：
模拟量基本上可以全部进入PI系统，数字量只取重要设备的阀门、泵或风机的开关状态，而控制系统的中间点和计算点有选择地送给PI系统。
目前国华台电PI系统总共有9000点左右的容量。
由于DCS需送给PI系统的数据量极大，为了防止PI系统接口机频繁地向DCS读取数据，增大DCS网络负荷，DCS送到PI系统的数据需按一定的扫描周期分类。
原则是快变量可以采用较短的扫描周期，反之则采用较长的扫描周期。
CEChina：
在PI实施过程中，如何保障生产的安全性？
符合SIS的规范要求吗？
焦：
在生产现场，如果涉及到控制系统则要求绝对的安全性，不能因为管理信息系统导致生产控制系统的瘫痪。
PI本身可以双向读取数据，但我们在定义数据点时，设定数据仅能单向流动。
PI系统只采集控制系统的数据，不回送数据到控制系统。
另外，通过专用网关、接口机等硬件隔离，也能保证生产控制系统安全。
应该是符合SIS规范的，SIS的“影子”在我们的系统里都可以找到。
目前国内企业进行信息化建设遵循的标准正在逐渐成型，国华台电SIS系统建设是本着企业的需求，结合行业和国外先进的标准和解决方案进行的。
CEChina：
你们在PI系统的实施过程中遇到了哪些难点，如何来解决的？
焦：
PI系统实施中遇到的困难很多，有管理方面的也有技术方面的。
管理方面，我们必须与生产、检修、管理等各环节沟通，了解需求并规范化，需要多次反复才能确定。
技术上，国华台电生产过程控制系统包括主机DCS、辅助车间控制系统BOP、网控、辅机单耗等10多套系统，将这些控制系统的数据引入PI系统需要进行接口程序的开发和调试，并且有些控制系统不是标准接口，这也体现出，目前国内和国际的控制系统应该统一接口协议，便于数据共享。
另外，在生产系统组态图与报表方面，由于PI本身提供功能不能完全满足实际需要，所以，需要采用VBA、API函数编程等二次开发。
CEChina：
目前，PI系统在台电应用已近两年时间，你们如何评价其性能？
焦：
PI系统比较贴近生产管理，直接为生产管理人员提供便利的平台。
其自身优点很多，如稳定性高，开发扩展容易，由于采用特有的螺旋门压缩技术，数据存储技术领先，像我们厂的数据可以保存20年，对比DCS，其一般仅能存放3、4个月就需要导出。
PI系统能与全球200多个控制系统的接口协议进行通讯，通用和常用的接口协议包括OPC通讯协议等，可以和任何一家控制系统厂家的DCS进行数据通讯。
PI系统的PB开发工具灵活开放，工程技术人员经过简单培训就可以进行组态图开发和信息点搭建。
生产报表开发可以在EXCLE中嵌入PI的控件，方便数据关联和脚本开发。
PI系统的开发包括生产机组的实时组态图和实时信息，生产各类报表的开发，巡操记录、生产日报、月报等。
生产专业人员可以很容易地个人定制各类组态曲线，便于比较分析，成为技术管理人员不可缺少的工具。
PI系统对于电厂生产实时数据永久保存，随时查阅，统计分析非常重要。
PI系统用于生产统计分析，我们的工作才刚刚开始，使管理人员从手工的统计计算中解脱出来是PI系统非常擅长的，但是困难的是管理人员要将统计分析的数据源和计算公式准确的描述清楚，然后IT人员来实现。
目前，在二次开发和增值服务方
面没有成型的适合电厂需要的产品，每个电厂在此基础上开发的结果不同，如何体现出国内电厂需求，同时能规范引导电厂生产实时系统管理水平，更重要。
CEChina：
PI系统给国华台电带来怎样的利益？
焦：
最显著的变化是不再需要人工抄表了，现在国华台电、甚至北京国华公司的管理人员都可以在办公室、宿舍等地随时、实时了解生产设备运行状况与经营状况，便于作出最佳决策。
DCS由于直接应用于生产控制，其数据是受限的，而通过PI将其并有效存储后，可以广泛地被相关人员或管理软件使用，作进一步的处理与分析。
信息系统的投资效益主要表现在间接经济效益和社会效益，通过管理平台的建立，规范、提升管理水平，进而提高经济效益。
CEChina：
实时信息管理系统与生产密切联系，信息部门在实施中如何结合生产现场实际？
焦：
在发电企业，作为一个与生产密切相关的系统，要保障系统成功，参与系统开发的人员不仅需要计算机相关知识，更需要生产背景知识。
国华台电的信息系统实施团队不光是IT专业人员，其中包括检修和运行的各方面专业人员。
充分发挥生产管理人员的专业知识和作用是保证系统成功的重要因素，同时也对IT人员提出更高要求，要了解生产，了解电厂管理，并从生产部门抽调专人加入IT专业，IT专业是公司信息化建设常设机构和牵头单位。
CEChina：
在信息系统实施中，基于一个好的产品，最终完成一个好的解决方案，其中的关键是什么？
在PI这样的大型实时数据管理系统的实施中，供应商、集成商与最终用户各自应承担怎样角色？
焦：
一个实施团队有三方组成。
甲方作为业主、出资方，在团队中作用显而易见。
但是甲方容易犯两个错误，首先甲方容易认为，我出了钱，其它一概不管，最后验收就可以了。
这样的项目绝对不可能成功，因为IT项目涉及到企业管理方方面面，不像盖厂房那样简单，项目的实施过程需要不断的磨合和沟通，特别涉及到甲方的管理体系变更，属于共同开发的过程，不可能有“交钥匙”工程；另一个容易犯的错误就是，我说了算数，我的要求就是一切，乙方必须照办，出资方最容易采取这样的态度，但是这样做的结果就是项目畸形发展，成为不伦不类的东西，企业引进管理解决方案，重要的是引进具有先进管理思想的解决方案，因此不能采取武断态度，如果按甲方的这种态度开发，结果只能是出资方的管理水平原地踏步，没有任何进展。
供应商相对责任较小，他贡献的是产品，同时提供技术支持，在团队中处于技术灵魂的地位。
因为他对产品最了解，他可以为项目组出谋划策，然后实施方来具体干这些事。
技术支持容易得到大家的尊敬，但是他们也有一个容易犯的错误，就是对项目关心程度不够，项目的实施成败于他没有直接关系，所以容易高高挂起，问到的问题就说，别人没问到的就不提，这样会降低项目的成功率。
实施咨询方负责项目的成败，责任重大，所以选择实施顾问方很重要，一般咨询公司应该对甲方的管理体系很了解，拥有一批该行业的管理专家，并且这样的专家应该属于超一流的，能够对行业的管理方向和发展趋势有超前的了解，这样才能作为合格的指路人，同时咨询公司还应该对实施的软件系统非常了解，这样才能做到左右逢源，顺利完成项目的实施工作。
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