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1、完整版基于实时数据库PI的电力行业应用可行性研究报告基于实时数据库PI的电力行业应用可行性研究报告第1章 实时数据库PI介绍1.1 实时数据库背景介绍1.1.1 实时数据库国外发展情况当今国际国内广泛使用的实时数据库只有三个产品： a. 美国OSI公司的 PI ( Plant Information System ) b. 美国HONEYWELL公司的 PHD ( Process History Database ) c. 美国AspenTech公司的 IP21 ( InfoPlus .21 )这些实时数据库的价格是非常昂贵的，以百万人民币为单位，但是它们不全是以套也不全是以点(可容纳的数据点

2、)为单位来出售，所以无法数字化的比较其价格。在此对它们做一个比较。 PI：采用了旋转门压缩专利技术和独到的二次过滤技术，使进入到PI数据库的数据经过了最有效的压缩，极大地节省了硬盘空间。据计算，每秒1万点数据存储一年，仅需要4G的空间，即一只普通硬盘也可存贮五到十年的数据。是效率最高，使用最简单，使用最广泛的实时数据库，因为其杰出的性能，PI已经多次提高了它的价格，确实不坠OSI的名号，而且PI在其文档中公开了她的各种算法，比如上面提到的旋转门压缩和二次过滤。 PHD：HONEYWELL占据了DCS大部分份额，因此PHD使用得也比较广泛，PHD在内部其实使用了Oracle关系数据库，因此购买P

3、HD就必须先购买Oracle。因为 PHD内部使用Oracle简化了开发量 和 Oracle的性能限制比较严重，所以 PHD 的价格在这三种数据库最低，算不上正宗的实时数据库。但不要以为PHD内部使用Oracle就认为Oracle很强，如果直接使用Oracle，只要两三秒的时间，巨大的数据量就会令它崩溃。HONEYWELL其志不在实时数据库这一块，而是她的DCS。 IP21：IP21基本上还未进入中国市场，它正在通过先期赠送的办法打开中国市场。其软件的安装程序的运行需要一个硬狗， 其安装复杂。 管理维护软件非常的复杂。实时数据库的访问方式 a. 使用自己的API，这种方式效率最高，其实也最简单

4、。 b. 使用ODBC，这种方式其实没有多大作用，因为实时数据库不同于关系数据库，ODBC没有太大的用武之地，所以在使用ODBC时有非常多的限制，大部分功能并不支持ODBC方式。 c. 使用OPC方式（OLE for Process Control）因为太多的数据库和DCS使用自己的API方式存取数据，无法做到算法的通用，因为提出了一个标准的存取接口，这就是OPC，如今有超过两百家产商加入到OPC组织中。1.2 实时数据库PI组成PI主要用于存贮和获取时间序列的实时数据。PI系统具有最强的装置历史数据应用功能。PI数据库的所谓字段，在大多数情况是代表了现场实际中的工位号，用户可以将任意工位号加

5、到PI历史数据库中。这些字段用来修改、维护数据库的信息。PI工位号数据库为用户提供了六种用户自定义的字段，这样就能保证每一套PI系统都可根据用户的需要完成他们自己的应用，同时PI系统的固定结构也能保证软件维护的统一性。PI是一个模块化软件系统，主要分为客户端模块和服务器端模块。1.2.1 产品概述通用数据服务器（UDS）是PI系统的核心，通过PI的信息基础结构获取和发送实时数据 PI ActiveView形成数据传递系统的互联网部分，并为用户提供在Web上观察全部功能以及PI ProcessBook显示的相互作用。 PI ControlMonitor通过监视和显示作为非独立变量的质量变量，以及

6、作为独立变量的控制回路设定点，被测变量和控制输出等，从而保证控制系统正确地起到控制作用。 PI DataAccess软件是一组工具，它协助高级用户观察、结构化和访问PI系统内的数据。例如：成套的软件开发工具为访问PI服务器和有关的子系统提供ActiveX编程工具。1.2.2 产品分类说明1.2.2.1 PI服务器端软件 核心子系统：PI核心子系统主要包括Archive、Snapshot、Update、Base ,Message各个子系统。，在PI系统中，每个点最新的值为Snapshot,Snapshot，子系统根据Snapshot值来确定是否将该Snapshot值送入Archive子系统。 U

7、pdate子系统将值变化的信息发送给其他的应用。 PI DataStorage: 就是PI数据库。它是时间序列数据库，存储和处理实时数据的数据库，到现在已经过了20多年的不断开发和完善。 PI Module Database: 使实时和历史数据更加便于分析和管理，用户可按自己的需要用不同的结构和模型去查看和调用数据。 PI Server Applications：服务器端的应用提供了报警、性能计算、ASME Steam Tables等多种计算功能。分析结果和报警信息都像原始数据一样保存在PI数据库中，可以通过PI客户端、浏览器显示，也可以被其他外部程序调用。以数据原型存储，保持高精度，便于应用

8、和分析。长期在线存储，调用数据非常方便。多个采集点、分布式的方式，效率高并安全。支持多服务器同时运行，可同时调用多个服务器的数据。WINDOWS NT/2000和UNIX、OPEN VMS平台任选。操作简单、易学易用、易于维护，易于升级。数据存储年限：软件本身可以支持的数据存储年限没有限制。按照当前的硬件配置，吴泾厂至少可以实现2千点实时数据在线存储5年，氯碱厂至少可以实现2万点实时数据在线存储5年。磁盘空间要求：平均单点存储占用磁盘空间约为1KB/24小时。监视范围：凡是工厂计算机网络和控制系统能够达到的地方，都可以授权监视；经过授权以后也可以远程登陆网络监视生产情况。专利的Swing Do

9、or压缩算法，每个采集点的数据压缩率可自行设置；在保证数据精度要求的条件下优化了系统的运行效率，调用数据速度快。支持多个时区支持以前的数据插入PI支持多种数据类型，包括：Digital, 16-bit integers, 32-bit integers, float16, float32, float64, text and BLOB (binary large object)。这些包括了常用的模拟量、开关量，以及运行人员对操作的评价等文本信息。 PIArchss：该子系统管理文档，它存储从snapshot子系统接收的新事件并响应文档的访问请求。并且处理文档间的转换。 PISnapss：该子系

10、统进程管理snapshot和事件队列。它处理压缩并发送事件给文档。 PIUpdMgr：该子系统提供例外报告和点数据库变化给那些需要更新的应用。 PIBasess：该子系统进程管理点数据库和用户数据库。它执行所有的安全授权。 PIMsgss：所有的PI进程都发送消息给PI信息子系统进程，然后该子系统进程写消息给PI信息记录。 PI网络管理器：（PI Network Manager）：PI网络管理器提供驻留在PI Home节点上的PI子系统之间的连接，同时也管理PI系统和客户端应用之间的连接。例如：PI-ProcessBook和利用PI-API编写的程序。 组态和管理应用：包括 PIConfig

11、和PISMT，可用于组态点，监视数据流，管理文档，并组态安全设置。 其它子系统： PI SQL执行指向PI Server的SQL statements。它使PI看起来像关系数据库一样，保证其他关系数据系统和外部应用程序能够实时调用PI系统的数据。 性能计算模块(Performance Equations)可按用户要求自动对参数进行复杂的实时计算，并将计算结果长期保存。可以进行：流体属性的计算、热量和物料平衡、装置运行计算、实时成本计算、实时收率计算、间歇操作计算等。内嵌100多种函数，使用起来更方便，不需要进行编程。当性能计算所用到的点的值发生变化时，重新计算模块(Recalculator)会

12、自动调整性能计算的值 Totalizer在数据压缩前进行计算，可以自动实时计算求和、平均、最大值、最小值、中位数、标准差、值域，还可以按照用户要求对事件进行统计。Steam Tables模块提供两套（英制和公制）各24种计算蒸汽热力学属性的函数。这些函数是根据ASMEs Steam Tables第六版转换为PI中可以直接调用的函数。Module Database使实时和历史数据更加便于分析和管理，可以给所有的tag赋予别名、属性，并将整个生产过程的各装置直至各个仪表建成相互关联的树状模型。用户可按自己的需要用不同的结构和模型去查看和调用数据，而不必知道tag名称。 报警模块(Alarm)可按用

13、户要求自动对数据进行实时分析，产生报警信息，并将全部报警信息长期保存。可以自动它的主要功能是：管理报警点，显示当前的条件，优先级，和状态。可按用户需要监测报警条件；可按用户需要组建不同级别报警点组成的报警组，进行报警管理；报警状态都保存在PI数据库中随时调用；可用客户端或浏览器查看任何报警点的实时和历史状态；报警点性能计算也可触发一系列计算 PI-Batch Subsystem：它是与PI点联合的软件模块，这样数据可以成批存储和检索。1.2.2.2 PI客户端软件 PI-ODBC：PI系统提供的标准的ODBC接口。主要用来数据检索和数据录入。1.2.2.3 PI接口软件接口机一端与控制系统通讯

14、，将数据采集过来，一端与PI服务器通讯，将数据发送到PI服务器。接口机有自诊断、缓存和自恢复的功能。当接口机与PI服务器之间的通讯中断或PI服务器进行系统维护等原因不能接收数据时，接口机会自动缓存数据，当通讯恢复时自动将缓存的数据发送至PI服务器，保证数据的完整性。接口机数据采集更新周期：最快可达0.1ms，用户可自定义。数据采集率：100%；年运行时间：8000小时。采集的数据类型：各种数字化的数据（模拟量、开关量等）。近些年来，控制系统厂家大多支持OPC通讯标准（OLE for Process Control）。因此，许多控制系统都提供OPC Server。相应的OSIsoft公司开发了O

15、PC Client，用以支持与各种OPC Server之间的通讯。理论上讲，这个接口的数据传递可以是双向的。当然，一般来讲，只用它来向PI发送数据。PI的接口在采集数据时采用优化的方式，既保证数据精度，又保证不给控制系统增加额外的通讯负担。它采集数据时要进行Exception report，也就是说，当数据不变，或变化非常微小用户认为没有任何意义时，没有数据传递。Exception Report的参数是根据用户的实际情况逐点定义的，定义的方法是使用系统管理工具进行，通过Excel表将组态要求输入服务器中。 PI IT Monitor接口：通过PI Ping，PI TCPResponse，PI Performance Monitor，PI SNMP，PI NetFlow，PI Packet Capture各个接口将数据采集到PI数据库中。这几个接口是PI系统提供的接口程序。 IT Monitor三类Agent: (1) Reliability Agent (可靠性):Ping ;TCPResponse (2) Performance Agent (性能) :Performance Monitor;SNMP (3) Security Agent (安全性):NetFlow;Packet Capture PI OPC接口：PI OPC接口是通过自动化过程控制软件接口标准（O