PI實(shí)時數(shù)據(jù)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)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(shí)施了ERP及WPKS系統(tǒng)，隨后實(shí)施了預(yù)防性維修系統(tǒng)、安全管理信息系統(tǒng)、機(jī)泵群監(jiān)測系統(tǒng)等，通過圍繞工藝、裝備和安全等領(lǐng)域智能化建設(shè)，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(diǎn)實(shí)施實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Plant Information System，PI），期望以此為基礎(chǔ)構(gòu)建化肥一部生產(chǎn)裝置的多維度資產(chǎn)架構(gòu)，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(shí)時數(shù)據(jù)庫

1.1 實(shí)時數(shù)據(jù)庫的定義

實(shí)時數(shù)據(jù)庫融合了數(shù)據(jù)庫技術(shù)與實(shí)時處理技術(shù)，能夠直接處理具有持續(xù)性、快速變動等特點(diǎn)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(wù)運(yùn)營過程中的各類海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集、存儲與分析，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)運(yùn)營的重要基礎(chǔ)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(shí)時數(shù)據(jù)庫應(yīng)用產(chǎn)品，通過其“旋轉(zhuǎn)門壓縮技術(shù)”采集并存貯與生產(chǎn)流程相關(guān)的上千、上萬點(diǎn)的數(shù)據(jù)，成為工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)與上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)的二次開發(fā)能力和開發(fā)性等特點(diǎn)［2］。

2 系統(tǒng)介紹

本次系統(tǒng)為PI服務(wù)器通過PI OPC接口采集到DCS數(shù)據(jù)。實(shí)施前整理AI，DI，AO，DO點(diǎn)位信息，導(dǎo)入PI系統(tǒng)。當(dāng)前采集點(diǎn)數(shù)總計1 988個，同時將機(jī)泵群監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)186個點(diǎn)導(dǎo)入系統(tǒng)，并建立對應(yīng)位號。通過項目實(shí)施，初步實(shí)現(xiàn)以下3方面的功能［3］：

（1）數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了PI系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，目前采集頻率設(shè)置為10 s（個別點(diǎn)位到達(dá)秒級），以及基于PI系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)算與統(tǒng)計。

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

（3）數(shù)據(jù)應(yīng)用，系統(tǒng)搭建了基于PI AF的資產(chǎn)架構(gòu)，作為應(yīng)用平臺，并制作了基于實(shí)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(luò)發(fā)布。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 PI數(shù)據(jù)庫建點(diǎn)應(yīng)用

點(diǎn)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(diǎn)位記錄：一是在數(shù)據(jù)存檔文件中的點(diǎn)位；二是通過COM接口調(diào)用時，外部數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)點(diǎn)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(jìn)行建點(diǎn)應(yīng)用：

（1）PI點(diǎn)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(shí)現(xiàn)批量進(jìn)行Tag導(dǎo)入、導(dǎo)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(jìn)行配置，合適系統(tǒng)建設(shè)完畢后，運(yùn)行維護(hù)中對單個位號進(jìn)行維護(hù)修改或者添加。

（3）PE計算點(diǎn)，適用于當(dāng)某一個點(diǎn)位的數(shù)值需要根據(jù)某一計算調(diào)度表達(dá)式后才能得到相應(yīng)值的情況。計算調(diào)度表達(dá)式包含基于時間調(diào)度與基于事件調(diào)度兩種類型，不同類型決定了PE計算點(diǎn)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(diào)度，指在固定的時間間隔內(nèi)按照計算公式求值；而基于事件調(diào)度則是每當(dāng)點(diǎn)位的觸發(fā)標(biāo)志接收一個與既定值相匹配的點(diǎn)位值后，就按照計算公式求值［4］。

例1，基于時間調(diào)度進(jìn)行了白班（早8點(diǎn)到晚8點(diǎn)）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(diǎn)，適用于設(shè)置對某一個點(diǎn)位的數(shù)值進(jìn)行累積計算并存儲計算結(jié)果的點(diǎn)位。對比PE計算點(diǎn)，兩種建點(diǎn)方式存在兩方面的區(qū)別：一是點(diǎn)位計算個數(shù)方面，Totalizer點(diǎn)只能對一個點(diǎn)進(jìn)行計算，PE計算點(diǎn)可對多個點(diǎn)進(jìn)行計算來得到所需要的值；二是計算的數(shù)值方面，Totalizer點(diǎn)是利用快照值進(jìn)行累積計算，PE計算點(diǎn)是利用經(jīng)過壓縮的存檔值進(jìn)行計算，相比較而言，PE計算點(diǎn)的計算結(jié)果更準(zhǔn)確。

例2，壓縮機(jī)正常運(yùn)行時間的統(tǒng)計：

AMM1.UA02001.PV_T

屬性配置，SourceTag（點(diǎn)來源）：AMM1.UA02001.PV（某壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)位號）。

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

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

3.2 PI AF資產(chǎn)架構(gòu)應(yīng)用

PI AF資產(chǎn)架構(gòu)應(yīng)用（PI Asset Framework）可以為資產(chǎn)定義一致的呈現(xiàn)方式并提供結(jié)構(gòu)化（樹形結(jié)構(gòu)）信息，并且可以比較方便地跟預(yù)防性維修系統(tǒng)進(jìn)行交互，可以將設(shè)備的基礎(chǔ)信息和實(shí)時數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，同時引入裝備的維修記錄等實(shí)時信息，方便進(jìn)行多維度工況分析。

借助PI AF資產(chǎn)架構(gòu)應(yīng)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(guān)聯(lián)關(guān)系以及組織結(jié)構(gòu)（如類別、層次結(jié)構(gòu)或鏈接模型）。支持將相關(guān)資產(chǎn)屬性與一個及以上的實(shí)時數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，或者與關(guān)系數(shù)據(jù)庫等其他各類數(shù)據(jù)源進(jìn)行關(guān)聯(lián)。同時，也可以利用自身應(yīng)用計算、規(guī)則或解析器等功能組件，自定義相關(guān)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(guān)信息，使用戶有更多的時間關(guān)注所采集、存儲數(shù)據(jù)的分析與使用，支持用戶對單個設(shè)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(yīng)用

工藝流程畫面的開發(fā)是PI實(shí)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(zhǔn)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(yīng)用的深度與廣度。工藝流程圖是依托ProcessBook來實(shí)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(yùn)用自定義或標(biāo)準(zhǔn)的圖形組合標(biāo)記顯示生產(chǎn)運(yùn)行狀況，運(yùn)用多種顏色動態(tài)展示如閥門、泵、罐等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。PI ProcessBook主要有如下特點(diǎn)：

（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(lǐng)導(dǎo)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(jìn)行掌控。

（3）可對關(guān)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(diǎn)位的實(shí)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(guān)歷史數(shù)據(jù)或者實(shí)時數(shù)據(jù)。流程圖支持依據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)（包括現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)動作）進(jìn)行動態(tài)展示，對于關(guān)鍵控制參數(shù)能夠通過圖形閃爍進(jìn)行報警提示。

（4）提供多種數(shù)據(jù)分析工具，包含內(nèi)置的統(tǒng)計質(zhì)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(zhì)量進(jìn)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(guān)性，以及提供最小二乘法線性回歸分析。

3.4 PI-Datalink應(yīng)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(shí)時數(shù)據(jù)的功能，同時結(jié)合Excel電子表格的強(qiáng)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(qiáng)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(shí)施中，就基于Excel和PIDatalink開發(fā)了一些應(yīng)用報表，如工藝指標(biāo)考核報表、調(diào)度日報等，為公司對班組考核、調(diào)度指揮提供了依據(jù)。

4 價值分析

生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)，是一項系統(tǒng)工程。整個建設(shè)的過程，不單單是信息化的過程，也是對公司生產(chǎn)實(shí)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(dǎo)“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(yīng)用價值。

4.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)，所有的決策都應(yīng)該建立在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)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(shí)時數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)，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(wù)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(shí)時數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)過程，正是企業(yè)梳理數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化的過程。在后續(xù)的系統(tǒng)應(yīng)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(jìn)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(jìn)行沉淀，形成企業(yè)特有的知識庫。

4.2 設(shè)備模型化，降低運(yùn)維成本

在現(xiàn)有企業(yè)普遍采用的設(shè)備管理模式下，幾乎所有的設(shè)備故障報警都是針對某一測量點(diǎn)而言的。這樣一來會使企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)維成本大幅提升，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是會對相關(guān)設(shè)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(shè)備、又要熟悉設(shè)備各項測量點(diǎn)；二是會使企業(yè)忽略了對設(shè)備本身狀態(tài)的實(shí)時掌握，會存在隱患風(fēng)險。

對此，PI System獨(dú)創(chuàng)的資產(chǎn)架構(gòu)將能夠有效地解決這一問題。借助以PI System為基礎(chǔ)的生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)系統(tǒng)，能夠使企業(yè)各級管理者轉(zhuǎn)變管理觀念，以設(shè)備為對象，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題。對于現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)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(yīng)用系統(tǒng)，有效縮短響應(yīng)時間。同時，設(shè)備的所有運(yùn)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(shè)備故障問題進(jìn)行復(fù)盤與推演。

4.3 管理精細(xì)化，提高管理效率

在現(xiàn)有生產(chǎn)信息化建設(shè)模式下，各企業(yè)內(nèi)部普遍存在多套豎井式應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行、數(shù)據(jù)分散在各個應(yīng)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(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)無法暢通共享。

借助生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，將有助于消除“信息孤島”，打通生產(chǎn)運(yùn)營、經(jīng)營管理的各個環(huán)節(jié)，推動各應(yīng)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(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)、以數(shù)據(jù)驅(qū)動管理決策。

5 結(jié)語

通過開展PI實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，某化肥化工公司成功完成了生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用的試點(diǎn)嘗試，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)的高頻度采集、存儲與分析，并實(shí)現(xiàn)在辦公網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行公司，為企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營人員提供遠(yuǎn)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(diào)度效率與生產(chǎn)決策水平。同時，借助PI AF資產(chǎn)架構(gòu)的搭建，將設(shè)備資產(chǎn)信息以樹形結(jié)構(gòu)直觀地展現(xiàn)出來，并將工藝、裝備、管理等數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)時數(shù)據(jù)環(huán)境，從而使設(shè)備監(jiān)控、裝備維護(hù)、工藝優(yōu)化、成本管控、實(shí)時數(shù)據(jù)結(jié)合起來，促進(jìn)進(jìn)行細(xì)化管理，為“數(shù)字工廠”建設(shè)打下堅實(shí)基礎(chǔ)。