PI数据库在生产信息采集系统中的应用

【摘 要】随着信息化的发展，现代企业普遍引入了计算机系统辅助管理，在此基础上建立了ERP系统、MES系统等。而在厂矿企业中，由于出于安全性的考虑，大部分信息之间不能实现信息互通，在信息化管理方面普遍存在着各车间独立作业、只有相邻工艺流程的地方才进行数据交换等问题。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）实时数据库通过高效的数据管理模式，对生产数据进行整理和深度存档，把平时生产过程中细微的环节作为技术档案，通过长期报表得到关键的比较数据，使得企业管理者在关键的决策方面起到至关重要的作用。

【关键词】ERP；MES；物料平衡；PI数据库

0 引言

双闪速炉冶炼工艺中，双闪代表闪速炉吹炼和闪速炉熔炼，原材料进过精矿配料输送，除尘干燥，混合后的精矿与烟尘进入闪速炉FSF内，同时在供应工业氧气，天然气，通过精矿喷嘴进行投料控制，闪速炉本身配备锅炉振打，汽水汽包监控，收尘系统等联锁，冰铜水粹产品通过磨碎处理后，冰铜粉进入闪速炉FCF内，粗铜产品到阳极炉，渣水粹处理到渣缓冷车间。由于闪速炉需要供氧和天然气，同时产生副产品余热蒸汽等到余热锅炉，通过余热锅炉供给其他车间。由于精矿中含有大量的硫磺，产生的二氧化硫通过硫酸车间加工成为成品硫酸。

1 工程概况和介绍

金冠铜业是铜陵有色采用新的冶炼工艺的铜冶炼企业，采用了先进的双闪速炉技术，吹炼闪速炉FCF和熔炼闪速炉FSF，目前由宝信系统借由PI数据库平台建立了一套生产数据采集系统，目的是让各车间系统关键数据能够集中显示，借由网络平台以及VPN通道达到生产数据的透明化，同时对以后生产网和办公网（erp）融合提供了先决条件。

2 PI系统介绍

PI系统可为整个企业的相关变量和事件的可扩展管理提供实时事件管理，还可检索大量数据并对数据进行深度存档。PI 系统将所有操作数据合并到一个系统中，整个企业（上至管理层下至生产车间的各级部门）的员工均可通过该系统访问这些数据。通过对不同的客户端分配不同的权限，各部门能看到的数据范围不同。由于 PI系统会将所有重要的操作数据始终置于在线状态，并将它们保存在一个特殊的时间序列数据库中，因此用户随时都能访问这些数据。在 PI 系统 报告工具和分析工具的帮助下，企业可以通过详实的操作数据采取有意义、符合实情且能取长补短的措施。从生产的各个环节到企业信息系统，PI 系统将所有信息系统都整合到了一个高效的管理基础架构中。由于 PI 系统是按非定制原则开发而成的一套产品，因此，该系统可以快速实施，并且在短时间内就能切实收到成效。

3 PI系统实施过程

3.1 硬件构成网络拓扑

图1 金冠数据采集网络架构

图2 金冠冶炼闪速炉熔炼主画面

本次采集在硬件方便使用了由宝信公司提供其自主开发的ICG网关，ICG网关型号为iX2700，配置四块内置网卡，使用时通过设置网卡的MAC地址和IP地址来区分网口，该网关一方面配置了OPC服务器接口，可以方便的和PLC，DCS等信号通讯，一方面在数据上下层传输中起到了网络隔离的作用，通过它实现了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则。WEB服务器和PI服务器为其采购的IBM服务器X3650和X3850。

金冠的主要系统架构为B/S架构，其中数据通过浏览器能够域名解析后可以直接访问只需要管理员设置访客的用户信息和密码等内容，客户端就可以通过其浏览到生产的关键数据。但是在关键数据及历史数据的查询中，还需要在客户机安装PI-sdk等客户端软件，该客户端为瘦客户端。通过内网交换机，特定客户端的内部用户可以查询和修改数据，外部用户可以通过VPN连接内网实现远程操纵，通过对历史数据的记录和存档获得了宝贵的生产资料分析，从而帮助领导层对生产和经营现状的调整。

车间的OPC服务器和工控机主要由宝信和瑞林公司提供，宝信提供的车间有渣选，动力，电解，净液，制氧2W和制氧3W5，渣选和制氧2W及3W5采用emerson的DCS系统，Deltav组态，动力，电解，净液采用GE的PLC，ifix组态。瑞林提供的车间有熔炼车间（双闪车间），精炼和硫酸，都采用了emerson的DCS系统，Deltav组态。综保SCADA系统由因泰莱提供。

车间原则上需要单独的OPC服务器，也有车间用工控机直接安装OPC server组件。

3.2 系统集成

3.2.1 画面制作

由于画面信息根据工控机画面而来，首先在收集资料的时候先截取工控机组态画面，根据组态画面内容把不同系统中的画面统一到PI系统中来。在PI-Processbook中制图，通过选取对关键工艺流程和数据的监控，选取需要集成的关键数据及画面，制成新图。画面中单独取出生产水流量数据和天然气等数据画面，单独列出。

通过这种方式，各控制室的画面和关键数据能够反映到一套总调度系统中，这样总调度就可以集安防监控，生产调度，人员管理等功能与一身，使得资源调配能力大大增强，为MES和ERP融合打好先决条件。

3.2.2 车间内通讯调试

在各车间内架设网关，由于工控室内有内网交换机，先打通控制室里的通讯，为每个ICG网关的网口分配好MAC地址和IP后，在OPC服务器上安装ICGclientbrg，并配置为开机自启动。该软件即为宝信自主开发的OPC Client，把不同组态软件提供OPC server统一，再有OPC client发送到ICG网关，ICG在客户端软件与设备之间定义了一套自动发现的协议，帮助用户在同一局域网中自动寻找自己的设备。通过自发现协议，用户可轻而易举的找到网络中的设备，已经清楚的看到设备的相关信息，如IP地址，型号，工程配置信息等。

同时，在车间调试机上安装ICG开发系统和网关系统，作为服务器端与网关通讯，通讯测试成功后在PI服务器端安装的ICG开发系统和网关系统就通过访问网关来读取I/O点数据。由于先设置了ICG网关各网口地址，ICG网管软件配置时只需要加入网关输出网卡的IP地址即可与之通讯。ICG开发系统通过建立I/O点数信息，达到读取OPC server中的I/O数据的目的。

当相似的工厂数据采集任务时，应该注意到本次数据采集中主要运用到自主生产开发的ICG相关软硬件：1.ICG硬件网关，国产类似的网关如力控pFieldComm通信网关服务器可代替，但仍然需要类似的相关软件搭配。2.ICGbrg，实际上是OPC client端，在OPC服务器上安装的网桥软件，目的在于搭建OPC server到网关再到总服务器的通讯软件。3.ICG网管及开发软件，安装在PI服务器上，直接与数据库通讯，通过ICG―for―PI的插件。

3.2.3 ICU设置

接口设置工具ICU （ Interface Configuration Utility） 是PI系统管理工具。可以替代许多手工设置的工作，如编辑设置文件、安装服务、设置标签点的输入/输出速率和查找日志文件。

1）首先在计算机上已经安装了 OPC 接口，使用ICU 设置这个接口，启动和调试接口。在菜单中导入一个接口的启动批处理文件，在接口配置选择"Interface>>Import"

2）选择“Service”选项，在接口方式中选择自动方式“auto”。

3）使用 ICU 检查接口使用的 pointsource 和扫描级别。如果需要时进行更改。接口应该包括在＼＼PI＼adm 目录中的一个就地启动批处理文件中。文件是 pisrvsitestart.bat， pisrvsitestop.bat， 和 pisitestart.bat。

4）如果再ICU上建立I/O 速率点和性能点来监视接口，选择“IOrates/Status Tags”。可以可能到I/O 速率点 测量每分中产生的快照事件，性能点测量某个扫描级别的扫描所有标签点的时间。

3.2.4 数据库连接

PI服务器上采用windows server 2003系统，主要安装office组件，sql server 2003，ICG网管和开发软件，PI数据库组件（SDK开发包，Datalink，Processbook，ActiveView）。PI系统通过对excel安装的插件，

方便查询数据，批量修改，报表成型等功能。首先在车间内的OPC服

图3 ICU设置界面

务器上收集点位信息，在数据库中储存点位资料，当Processbook画面中需要显示某个数据连接时，连接所储存的点位全路径，此点位需同

时储存在PI数据库，ICG开发软件，OPC server服务器中，才能有正常的数据更新，数据采集成功。

PI-sdk是用户自定义的开发包，在本系统中通常用于连接客户端与服务器之间通讯设置连接，也可以调用PI数据库中搜索功能。

PI-datalink是使用在基于excel中的插件，能够通过在维护站安装Datalink而实现与PI-system的直连。在维护站主要用于对历史数据的查找与修改，通过对历史数据的记录分析生产趋势图，也为报表建立做准备。

PI-ActiveView是安装在Processbook和excel中的插件，也可以快速查找数据集合，通过对Processbook的功能支持实现扩展功能，支持其他语言如VB等扩展。

PI-alerts报警组件，新功能包括支持电子邮件提醒，目前功能待定，还未确定上线及报警范围，可以设置规则列表过滤报警信息。

RT-reports报表系统，基于客户的需求的报表系统，支持web。

4 后期完善

画面组态上网后，需要对用户进行培训工作，将用户修改画面和数据链接权限开放给金冠电仪部门。画面需要做进一步的美工处理，并且计划以后和金冠铜业的主画面合并。当主机房迁移之后，ICG网关到PI服务器之间线路采用光纤以太网转换。宝信在后期对金冠需求做进一步了解后，再根据车间需求做出报表。