PI實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的應用

葉華文

（中海油信息科技有限公司，廣東 深圳 518068）

0 引言

某化肥化工公司在2005年實施了ERP及WPKS系統(tǒng)，隨后實施了預防性維修系統(tǒng)、安全管理信息系統(tǒng)、機泵群監(jiān)測系統(tǒng)等，通過圍繞工藝、裝備和安全等領域智能化建設，已初步形成“數(shù)字工廠”雛形。

為了合理利用生產(chǎn)、經(jīng)營數(shù)據(jù)，即時、多維度分析生產(chǎn)工況，該公司選擇在化肥一部合成氨、尿素裝置試點實施實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Plant Information System，PI），期望以此為基礎構建化肥一部生產(chǎn)裝置的多維度資產(chǎn)架構，為“數(shù)字工廠”和集約化發(fā)展做前期探索。同時，能夠有效解決現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集速率較慢、各系統(tǒng)無法交互數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)交互緩慢、容易出故障、數(shù)據(jù)無法充分利用等管理難題。

1 簡述實時數(shù)據(jù)庫

1.1 實時數(shù)據(jù)庫的定義

實時數(shù)據(jù)庫融合了數(shù)據(jù)庫技術與實時處理技術，能夠直接處理具有持續(xù)性、快速變動等特點的海量數(shù)據(jù)。能夠根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)管理需要，對自身業(yè)務運營過程中的各類海量數(shù)據(jù)進行實時采集、存儲與分析，是企業(yè)實現(xiàn)智能化生產(chǎn)運營的重要基礎軟件之一［1］。

1.2 PI數(shù)據(jù)庫

PI數(shù)據(jù)庫是美國OSI Software公司開發(fā)的一款商業(yè)化生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫應用產(chǎn)品，通過其“旋轉門壓縮技術”采集并存貯與生產(chǎn)流程相關的上千、上萬點的數(shù)據(jù)，成為工廠底層控制網(wǎng)絡與上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡連接的橋梁。該產(chǎn)品具有高存儲容量、存儲效率高、壓縮精度較高、基于開放的C/S模式或B/S模式、支持各類編程開發(fā)接口以及很強的二次開發(fā)能力和開發(fā)性等特點［2］。

2 系統(tǒng)介紹

本次系統(tǒng)為PI服務器通過PI OPC接口采集到DCS數(shù)據(jù)。實施前整理AI，DI，AO，DO點位信息，導入PI系統(tǒng)。當前采集點數(shù)總計1 988個，同時將機泵群監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)186個點導入系統(tǒng)，并建立對應位號。通過項目實施，初步實現(xiàn)以下3方面的功能［3］：

（1）數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)了PI系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集，目前采集頻率設置為10 s（個別點位到達秒級），以及基于PI系統(tǒng)的實時運算與統(tǒng)計。

（2）數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)了PHD系統(tǒng)數(shù)據(jù)向PI系統(tǒng)的遷移，同時實現(xiàn)了對機泵群系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和存儲。

（3）數(shù)據(jù)應用，系統(tǒng)搭建了基于PI AF的資產(chǎn)架構，作為應用平臺，并制作了基于實時數(shù)據(jù)的流程圖和報表，并完成了流程圖和報表的網(wǎng)絡發(fā)布。

3 系統(tǒng)應用

3.1 PI數(shù)據(jù)庫建點應用

點數(shù)據(jù)庫是PI數(shù)據(jù)庫的核心配置組建之一，主要包括兩方面的點位記錄：一是在數(shù)據(jù)存檔文件中的點位；二是通過COM接口調用時，外部數(shù)據(jù)庫中相應點位在PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的映射。PI數(shù)據(jù)庫主要采用以下4種方式進行建點應用：

（1）PI點配置（PI Tag Configurator），為SMT（PI系統(tǒng)管理工具）的一部分，是一個Excel插件，通過其可以實現(xiàn)批量進行Tag導入、導出、修改、配置等操作。

（2）PI build，為SMT功能菜單，其只能單個對Tag進行配置，合適系統(tǒng)建設完畢后，運行維護中對單個位號進行維護修改或者添加。

（3）PE計算點，適用于當某一個點位的數(shù)值需要根據(jù)某一計算調度表達式后才能得到相應值的情況。計算調度表達式包含基于時間調度與基于事件調度兩種類型，不同類型決定了PE計算點是采用何種方式觸發(fā)執(zhí)行求值的命令。其中，基于時間調度，指在固定的時間間隔內按照計算公式求值；而基于事件調度則是每當點位的觸發(fā)標志接收一個與既定值相匹配的點位值后，就按照計算公式求值［4］。

例1，基于時間調度進行了白班（早8點到晚8點）氨產(chǎn)量的計算：

AMM1_2C=TagVal('AMM1.FQ09002.SUM'，'y+20H')-tagval('AMM1.FQ09002.SUM'，'y+8H')+Tagval('AMM1.FQ09014.SUM'，'y+20H')-tagval('AMM1.FQ09014.SUM'，'y+8H')

（4）Totalizer點，適用于設置對某一個點位的數(shù)值進行累積計算并存儲計算結果的點位。對比PE計算點，兩種建點方式存在兩方面的區(qū)別：一是點位計算個數(shù)方面，Totalizer點只能對一個點進行計算，PE計算點可對多個點進行計算來得到所需要的值；二是計算的數(shù)值方面，Totalizer點是利用快照值進行累積計算，PE計算點是利用經(jīng)過壓縮的存檔值進行計算，相比較而言，PE計算點的計算結果更準確。

例2，壓縮機正常運行時間的統(tǒng)計：

AMM1.UA02001.PV_T

屬性配置，SourceTag（點來源）：AMM1.UA02001.PV（某壓縮機運行狀態(tài)位號）。

Totalizer type（累積類型）：Count Events（事件調度）。

通過簡單配置：選擇Time when true moving equal to value off（當值為off時進行時間累積）。

3.2 PI AF資產(chǎn)架構應用

PI AF資產(chǎn)架構應用（PI Asset Framework）可以為資產(chǎn)定義一致的呈現(xiàn)方式并提供結構化（樹形結構）信息，并且可以比較方便地跟預防性維修系統(tǒng)進行交互，可以將設備的基礎信息和實時數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，同時引入裝備的維修記錄等實時信息，方便進行多維度工況分析。

借助PI AF資產(chǎn)架構應用，系統(tǒng)用戶能夠通過直觀的展示界面，清晰地梳理、查閱組成流程的各種組件、元素、關聯(lián)關系以及組織結構（如類別、層次結構或鏈接模型）。支持將相關資產(chǎn)屬性與一個及以上的實時數(shù)據(jù)相關聯(lián)，或者與關系數(shù)據(jù)庫等其他各類數(shù)據(jù)源進行關聯(lián)。同時，也可以利用自身應用計算、規(guī)則或解析器等功能組件，自定義相關計算成果的展現(xiàn)方式。從而幫助用戶快速查找所需的相關信息，使用戶有更多的時間關注所采集、存儲數(shù)據(jù)的分析與使用，支持用戶對單個設備資產(chǎn)開展自定義的梳理分組，從中不斷獲取有意義的分析信息，并以豐富的形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。

3.3 ProcessBook應用

工藝流程畫面的開發(fā)是PI實施過程中的一個重要環(huán)節(jié)，所開發(fā)的工藝流程圖的準確度、顆粒度以及與管理需求的匹配度，將直接影響后續(xù)系統(tǒng)應用的深度與廣度。工藝流程圖是依托ProcessBook來實現(xiàn)開發(fā)的。ProcessBook能夠支持用戶根據(jù)需要創(chuàng)建自定義圖形，并運用自定義或標準的圖形組合標記顯示生產(chǎn)運行狀況，運用多種顏色動態(tài)展示如閥門、泵、罐等設備的運行狀態(tài)。PI ProcessBook主要有如下特點：

（1）包含綜合全面的繪圖工具和具有3 000多個圖像的集成符號庫（包含3D圖庫）。

（2）支持自由定制裝置流程圖，可以針對不同的使用群體繪制不同的流程圖，如對公司領導可定制各裝置總覽圖，顯示主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，方便對整體裝置進行掌控。

（3）可對關鍵位號制作趨勢圖直接放置在流程畫面上，用戶可根據(jù)需要選擇任意點位的實時生產(chǎn)趨勢圖，并可選擇流程圖、趨勢圖和數(shù)據(jù)一覽表等方式，查詢相關歷史數(shù)據(jù)或者實時數(shù)據(jù)。流程圖支持依據(jù)實時數(shù)據(jù)（包括現(xiàn)場設備的開關動作）進行動態(tài)展示，對于關鍵控制參數(shù)能夠通過圖形閃爍進行報警提示。

（4）提供多種數(shù)據(jù)分析工具，包含內置的統(tǒng)計質量控制分析工具（Statistical Quality Control，SQC）。借助該工具，用戶可以對產(chǎn)品質量進行分析。同時，PI ProcessBook還提供XY圖分析，從而可以分析一個或多個成對數(shù)據(jù)組之間的相關性，以及提供最小二乘法線性回歸分析。

3.4 PI-Datalink應用

PI-Datalink作為PI數(shù)據(jù)庫和Windows操作系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換橋梁，能支持用戶通過Excel直接訪問PI數(shù)據(jù)庫。這種訪問PI實時數(shù)據(jù)的功能，同時結合Excel電子表格的強大數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析能力，給系統(tǒng)使用者提供了一個強大而又易于使用的數(shù)據(jù)采集、分析PI數(shù)據(jù)的工具。

某化肥化工公司的PI實施中，就基于Excel和PIDatalink開發(fā)了一些應用報表，如工藝指標考核報表、調度日報等，為公司對班組考核、調度指揮提供了依據(jù)。

4 價值分析

生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設，是一項系統(tǒng)工程。整個建設的過程，不單單是信息化的過程，也是對公司生產(chǎn)實施數(shù)據(jù)梳理、匯總、模板化的過程，更是企業(yè)從生存期、發(fā)展期，邁向成熟期的過程。在國家大力倡導“兩化融合”的今天，這一過程顯得更為重要。具體來說，將從以下3方面給企業(yè)帶來應用價值。

4.1 數(shù)據(jù)標準化，固化無形資產(chǎn)

數(shù)據(jù)是企業(yè)管理唯一可信賴的基準，所有的決策都應該建立在數(shù)據(jù)的基礎上。現(xiàn)在企業(yè)面臨的問題，不是沒有數(shù)據(jù)，而是如何組織、利用海量數(shù)據(jù)、如何將分散的數(shù)據(jù)源統(tǒng)一的問題。生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)平臺的建設，將有效解決這一問題。將幫助企業(yè)從源頭把握住管理的要素，從而有效地組織主數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、區(qū)分“有用”數(shù)據(jù)和“無用”數(shù)據(jù)，固化企業(yè)無形資產(chǎn)。

各專業(yè)、各層級對數(shù)據(jù)的要求是根據(jù)各自管理的范圍與粒度決定的，生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設過程，正是企業(yè)梳理數(shù)據(jù)和標準化的過程。在后續(xù)的系統(tǒng)應用過程中，各個層級都將得到各自所需的數(shù)據(jù)，而且這種數(shù)據(jù)的組織是相對固化的，并把專家?guī)旌痛胧爝M行有效集成。這樣就能夠以系統(tǒng)的方式將企業(yè)各層級管理者、執(zhí)行者的寶貴經(jīng)驗進行沉淀，形成企業(yè)特有的知識庫。

4.2 設備模型化，降低運維成本

在現(xiàn)有企業(yè)普遍采用的設備管理模式下，幾乎所有的設備故障報警都是針對某一測量點而言的。這樣一來會使企業(yè)的生產(chǎn)運維成本大幅提升，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是會對相關設備管理人員專業(yè)能力提出更高的要求——既要熟悉工藝與設備、又要熟悉設備各項測量點；二是會使企業(yè)忽略了對設備本身狀態(tài)的實時掌握，會存在隱患風險。

對此，PI System獨創(chuàng)的資產(chǎn)架構將能夠有效地解決這一問題。借助以PI System為基礎的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)，能夠使企業(yè)各級管理者轉變管理觀念，以設備為對象，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題。對于現(xiàn)場設備的運行問題，系統(tǒng)將自動觸發(fā)各種告警，并推送給各專業(yè)應用系統(tǒng)，有效縮短響應時間。同時，設備的所有運行數(shù)據(jù)都能存儲在歷史數(shù)據(jù)庫中，以便查詢和檢索，有助于對設備故障問題進行復盤與推演。

4.3 管理精細化，提高管理效率

在現(xiàn)有生產(chǎn)信息化建設模式下，各企業(yè)內部普遍存在多套豎井式應用系統(tǒng)獨立運行、數(shù)據(jù)分散在各個應用系統(tǒng)中，“信息孤島”眾多，這在一定程度上也造成管理上的脫節(jié)。究其根本，是因為各個應用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)無法暢通共享。

借助生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設與應用，將有助于消除“信息孤島”，打通生產(chǎn)運營、經(jīng)營管理的各個環(huán)節(jié)，推動各應用系統(tǒng)間、生產(chǎn)執(zhí)行層到經(jīng)營管理層乃至決策層之間的數(shù)據(jù)聯(lián)通，實現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅動業(yè)務、以數(shù)據(jù)驅動管理決策。

5 結語

通過開展PI實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設與應用，某化肥化工公司成功完成了生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)集成與應用的試點嘗試，實現(xiàn)了對生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的高頻度采集、存儲與分析，并實現(xiàn)在辦公網(wǎng)絡中運行公司，為企業(yè)生產(chǎn)運營人員提供遠程訪問、圖形化展示、報警提醒、自動統(tǒng)計等多項便捷功能，有效提升了企業(yè)生產(chǎn)調度效率與生產(chǎn)決策水平。同時，借助PI AF資產(chǎn)架構的搭建，將設備資產(chǎn)信息以樹形結構直觀地展現(xiàn)出來，并將工藝、裝備、管理等數(shù)據(jù)進行有效融合，將有助于為企業(yè)打造一個多源、集成的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)環(huán)境，從而使設備監(jiān)控、裝備維護、工藝優(yōu)化、成本管控、實時數(shù)據(jù)結合起來，促進進行細化管理，為“數(shù)字工廠”建設打下堅實基礎。