鋼鐵公司實時數據采集技術方案

.PAGE.某鋼鐵公司二煉鐵2800高爐及配套裝置實時數據采集系統(tǒng)技術方案某鋼鐵公司二煉鐵某高爐及配套裝置實時數據采集系統(tǒng)技術方案某鋼鐵公司信息部目錄一、鋼鐵二煉鐵PI實時數據庫系統(tǒng)設計目標3二、某鋼鐵公司二煉鐵PI實時數據庫系統(tǒng)設計方案32.1.網絡結構32.2.PI系統(tǒng)結構42.3.PI實時數據庫系統(tǒng)特點62.4.PI系統(tǒng)功能72.5.PI接口部分11與PI系統(tǒng)連接的生產裝置控制系統(tǒng)11PI接口軟件特點12PI系統(tǒng)接口連接說明132.6.系統(tǒng)的開放性142.7.系統(tǒng)的擴展性152.8.系統(tǒng)性能指標152.9系統(tǒng)配置16軟件配置16硬件配置17三、項目實施計劃19一、二煉鐵一高爐及配套裝置實時數據采集系統(tǒng)設計目標某鋼鐵公司二煉鐵一高爐及配套裝置實時數據采集系統(tǒng)設計目標是利用某鋼鐵公司數據通信網絡資源,積極采用先進的計算機技術、信息技術,利用實時數據庫系統(tǒng)來建立統(tǒng)一的生產信息集成平臺。通過網絡和PI實時數據庫軟件系統(tǒng)將二煉鐵高爐及配套的原料、燒結的PLC、DCS等控制系統(tǒng)連接起來,建立互聯互通、信息共享、高度集成、安全可靠的數據中心,該數據中心能及時接收二煉鐵某立原料、燒結、高爐系統(tǒng)的生產相關數據并能及時上傳到上級系統(tǒng)中,實現管理層與控制層的集成。通過該系統(tǒng)可以實現生產數據的網上發(fā)布,各生產工序之間進行實時生產數據訪問。提高整個信息化流程的響應速度。二、某鋼鐵公司二煉鐵PI實時數據庫系統(tǒng)設計方案網絡結構某鋼鐵公司二煉鐵一高爐是新建的一套裝置,相應的網絡環(huán)境還不具備,因此,為了構建實時數據庫系統(tǒng),首先構建一套網絡系統(tǒng),并且隨著某鋼鐵公司二煉鐵某立業(yè)務的發(fā)展,所構建的網絡系統(tǒng)不但要滿足當前實時數據采集系統(tǒng)的需要,還要滿足將來業(yè)務發(fā)展的需要,因此所構建的網絡具體如下：在距離二煉鐵某立相對比較近的高線辦公樓有一臺主干二級網絡核心節(jié)點,從該節(jié)點鋪設一根24芯單模光纜到燒結主控室,然后從燒結主控室分別鋪設一根12芯單模光纜到原料主控室和高爐主控室,然后分別在高爐主控室、原料主控室和燒結主控室分別部署一臺帶有兩個光纖模塊的CISCOWS-C2950G-48-EI交換機,所鋪設的光纜通過光纖模塊相連,其結構如下圖所示：實時數據采集系統(tǒng)結構由于某鋼鐵公司二煉鐵某立生產規(guī)模較大,裝置分散,DCS控制系統(tǒng)分散等情況,為了便于今后管理和維護,整個PI系統(tǒng)采用分布式結構,C/S和B/S相結合的模式,充分體現了系統(tǒng)的靈活性。PI實時數據庫系統(tǒng)是連接控制網與管理網的一個管控一體化橋梁,它的安全可靠性非常重要。根據XX鋼鐵公司網絡實際情況,結合經濟因素,在系統(tǒng)設計上采用劃分VLAN+防火墻+雙機熱備的方式保證生產控制系統(tǒng)的安全性和實時數據庫系統(tǒng)的安全可靠性,即為實時數據采集系統(tǒng)設置一套雙機服務器作為實時數據庫系統(tǒng)服務器,并兼作WEB發(fā)布服務器,主要用來保存各裝置的實時生產數據,以及數據的網上發(fā)布。分別在高爐主控室、燒結主控室和原料主控室各配置一臺網絡防火墻,防火墻內網口連接實時數據采集接口機,外網口連接到所部署的交換機上,針對每臺防火墻設置安全策略,只允許實時數據庫服務器能夠訪問接口機,通過這種方式,可以充分保證生產控制系統(tǒng)的安全性,不受來自管理網的攻擊和病毒侵襲。整個系統(tǒng)有三部分組成：包括實時數據庫系統(tǒng)服務器、接口部分〔實時數據庫系統(tǒng)與控制系統(tǒng)通訊接口軟件、客戶端。在二煉鐵設置一個信息中心機房,在該機房內設置互為熱備的兩臺IBMX3650服務器,做實時數據庫系統(tǒng)服務器,負責存儲某鋼鐵公司二煉鐵一高爐及配套原料、燒結生產裝置控制系統(tǒng)的生產數據。接口部分由多個接口機〔即操作站組成,分布在各生產裝置控制室現場；在與局域網相連的每個用戶的PC機上安裝實時數據庫客戶端軟件或直接通過IE來瀏覽實時數據庫服務器中的生產數據,廠長、總工、科室和車間管理人員通過實時數據庫來了解現場裝置的生產情況,在辦公室的電腦上看到的生產數據與控制系統(tǒng)保持同步,幾乎沒有時間上的延時。整個系統(tǒng)是一個可擴展的系統(tǒng),某鋼鐵公司二煉鐵某立實時數據采集系統(tǒng)的建設采用統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施的策略。首先把某鋼鐵公司二煉鐵一高爐及配套原料、燒結生產裝置控制系統(tǒng)的生產數據采集上來,其它老裝置或新建裝置等條件成熟或通訊接口情況改善后逐步實現與實時數據采集系統(tǒng)的連接。某鋼鐵公司今后在實時數據庫平臺之上還可以擴展許多應用。整個系統(tǒng)的配置如下圖所示：PI實時數據庫系統(tǒng)特點PI實時數據庫系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定可靠地運行,與接口機和客戶端用戶不會發(fā)生接口阻塞和通訊中斷的事件。PI實時數據庫系統(tǒng)數據點〔TAG容量為5,000點,今后隨著新裝置的建設,容量是可擴展的。PI服務器存儲數據點<tag>的類型有整型、實型、字符型、開關量和二進制數值。PI實時數據庫系統(tǒng)有完備的安全機制,首先PI系統(tǒng)管理員可以將允許訪問PI服務器用戶的IP地址設定在PI的防火墻中,只有使用這些IP地址的PC機才能訪問PI服務器?？蛻舳擞脩舫艘ㄟ^防火墻的安全檢查外,還需要有合法的帳號和口令,否則無法登錄PI服務器。PI系統(tǒng)管理員要對用戶可以訪問那些數據進行授權。這種授權是基于每個數據點<tag>來實現的。PI系統(tǒng)管理員可以根據實際情況和需要來建立一些"軟位號",這些"軟位號"是儀表中不存在的數據點,它是利用PI提供的PE功能對來自DCS的數值進行二次計算,并保存計算結果。PE模塊提供了大量的計算函數,可以利用這些函數實現很多模型計算。例如,對流量的溫度壓力補償計算,機泵的累計運轉時間等。PI系統(tǒng)管理員利用系統(tǒng)管理工具PI-SMT和EXCEL就能完成數據建點工作。由于不同裝置的儀表位號可能是相同的,因此要對整個某鋼鐵公司所有裝置進行統(tǒng)一編碼,編碼作為每個儀表位號的前綴。PI系統(tǒng)管理員要整理出需要進入PI實時數據庫系統(tǒng)的儀表位號,以及它們的屬性值,這些屬性值包括位號描述、工程單位、"零"值、量程、歷史數據保留精度等。PI系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)運行期間可以隨時添加、刪除和修改PI數據點<tag>,PI接口軟件會自動接受這些變化而無需重新啟動接口軟件。PI系統(tǒng)管理員可以通過網絡遠程對PI服務器進行添加、刪除和修改PI數據點<tag>。PI實時數據庫系統(tǒng)在保存歷史數據上采用了高效的"旋轉門"壓縮技術,使得歷史數據可以保存很長時間。一般來說,1萬點的PI系統(tǒng)保留1年的歷史數據需要4.83G的硬盤空間。PI系統(tǒng)管理員可以在線調整每個數據點<tag>的數據保留精度,每個數據點<tag>PI系統(tǒng)功能通過采集二煉鐵某立控制系統(tǒng)的實時生產數據,對各生產流程進行統(tǒng)一的監(jiān)視和查詢。對生產數據進行綜合處理上傳到上級系統(tǒng)中。同時建立二煉鐵某立實時和歷史數據庫,以滿足各相關管理部門快速、高效地對現場過程數據進行查詢和處理的要求。根據用戶的需要自由組態(tài)各種中文流程圖畫面、棒圖、參數圖、趨勢圖等,實時顯示各種類型的數據、PI實時數據庫服務器與接口機之間的通訊狀態(tài)。通過流程圖、趨勢圖和數據一覽表的方式隨意查詢實時和歷史數據,實現對各生產流程進行統(tǒng)一的監(jiān)視和查詢?？煞奖愕母鶕脩舻男枰筛鞣N圖文并茂的報表?？梢愿鶕脩舻男枰O計打印各種報表、圖形和報警值。畫面刷新周期可由用戶自己定義。畫面支持漢字系統(tǒng)。具體功能如下：數據采集PI實時數據庫系統(tǒng)各接口機與各控制系統(tǒng)通訊,采集各控制系統(tǒng)模擬量、開關量、脈沖量和累計量等實時信息；接口機數據采集更新周期保持與現場數據刷新時間同步；PI實時數據庫系統(tǒng)可根據用戶的需要自由定義采集周期；數據采集率：100%。數據存儲PI系統(tǒng)以數據原型在線存儲數據不少于5年。PI系統(tǒng)管理員可以在線調整每個數據點的數據保留精度。數據的存儲精度可以由用戶自由設定。PI系統(tǒng)支持多種數據類型：整型、實型、字符型、開關量和二進制數據值等。PI數據庫數據恢復時間段：0.1ms。PI數據庫容量為5千點。PI系統(tǒng)管理員可以在線調整PI歷史數據庫空間的大小,可以隨時增加、刪除、備份或恢復歷史數據庫文件。PI實時數據庫系統(tǒng)可以實現系統(tǒng)的自動備份,還可以將PI系統(tǒng)從一臺機器移植到另一臺機器上。服務器數據按照數據源原有的時間間隔和精度進行存儲,也可根據用戶的需要在線修改存儲數據的時間間隔、精度。數據緩存PI實時數據庫系統(tǒng)提供BUFFERSERVER模塊,完成數據緩存。將BUFFERSERVER安裝在PI接口機上,當兩臺PI數據庫服務器都發(fā)生故障或網絡出現故障時,接口機可以繼續(xù)工作,把采集到的數據保存在本地硬盤中,同時接口機會不斷地去測試PI數據庫服務器或網絡,當PI數據庫服務器或網絡恢復正常時,BUFFERSERVER軟件能把數據補回到PI服務器,這樣可以確保數據不丟失。接口機可以緩存2周以上的數據?！惨话銇碚f緩存兩周的數據需要4G的硬盤空間。數據維護PI實時數據庫系統(tǒng)支持在線和遠方維護數據庫、畫面、報表和各種系統(tǒng)參數。數據監(jiān)視及綜合查詢功能通過PI實時數據庫系統(tǒng)提供的客戶端工具PI-Processbook可以根據用戶的需要自由組態(tài)各種中文流程圖畫面、棒圖、參數圖、趨勢圖等,實時顯示各種類型的數據、PI實時數據庫服務器與接口機之間的通訊狀態(tài)。利用PI-Processbook工具可以通過流程圖、趨勢圖和數據一覽表的方式隨意查詢實時和歷史數據,實現對各生產流程進行統(tǒng)一的監(jiān)視和查詢。PI-Processbook支持插入對象,諸如MicrosoftPowerPoint、Microsoftvisodrawing、MicrosoftWord、MicrosoftExcel等連接對象,可方便的根據用戶的需要生成各種圖文并茂的報表?？梢愿鶕脩舻男枰蛴「鞣N報表、圖形和報警值。畫面刷新周期可由用戶自己定義。PI流程畫面在一臺機器上組態(tài)完成后可以拷貝到其它機器上使用,流程畫面的組態(tài)工具和瀏覽工具為同一工具PI-Processbook,可以組態(tài)中文流程圖畫面,流程畫面無需編譯,組態(tài)是所見即所得。趨勢圖可以直接放置在流程畫面上,也可以點擊任意數據點隨時生成趨勢圖。實時和歷史生產數據可以通過流程圖、趨勢圖和數據一覽表的方式隨意查詢。畫面上的圖形能夠動態(tài)顯示,現場的開關動作能夠在畫面上及時顯示,可以通過圖形閃爍和聲音來進行報警指示。在畫面上可以嵌入立體圖素和位圖。流程圖上的數據的定位顯示和所有動態(tài)圖形的刷新變化都是由工藝位號決定。用戶可以對流程畫面進行歷史數據回放。所有Windows的控件都可以嵌入流程中使用,流程畫面也可以嵌入到WORD或EXCEL中使用。PI提供插件功能,可以在其它軟件中使用,并通過它調用PI實時和歷史數據。PI流程畫面文件是放置在本地用戶的PC機中,只有數據是從服務器中取過來的,這樣可以減少網絡的通訊流量。用戶可以隨意設置客戶端數據刷新頻率,最快可以到1毫秒。用戶可以把關系數據庫中的數據取到流程畫面中顯示或畫趨勢圖。用戶在客戶端可以定義自己的數據集,對各數據點計算最大值、最小值、平均值、方插以及用戶自定義計算公式。PI-Processbook本身內嵌VBA,流程畫面上的數據和動態(tài)圖形都可以看作一個對象,這些對象都有自己的成員、方法和函數,用戶可以用VB進行編程,組態(tài)某些特殊的和復雜的流程圖。PI流程畫面可以進行分級管理,不同權限的用戶可以瀏覽不同的畫面。WEB發(fā)布功能PI實時數據庫系統(tǒng)的WEB結構比較靈活,在WEB服務器上安裝MicrosoftIIS和OSI的PI-ActiveView軟件即可實現實時數據的網上發(fā)布。客戶端組態(tài)的流程圖按每個畫面單存為一個文件拆分開。把流程畫面文件嵌入到超文本文件中,按一定的次序組織起來,這樣WEB化的流程圖就不需要重新組態(tài),減少了很多工作量?？蛻舳擞脩艨梢酝ㄟ^IE來訪問PIWEBServer站點,當PIWEBServer發(fā)現該PC機沒有安裝PI-ActiveView控件時,它會提醒用戶是否要下載安裝控件,如果安裝了該控件后就可以瀏覽WEB化的流程畫面,流程畫面上的數據和趨勢圖會自動刷新,所有動態(tài)圖形會隨著現場的變化而刷新。PI接口部分接口部分負責將現場生產裝置控制系統(tǒng)的數據采集上來送到PI時實數據庫系統(tǒng)與PI系統(tǒng)連接的生產裝置控制系統(tǒng)序號裝置名稱控制系統(tǒng)型號通訊方式接口軟件接入點位置1原料ABPLC增加采集站,安裝Rslink軟件OPC接口機2燒結ABPLC增加采集站,安裝Rslink軟件OPC接口機3高爐西屋ovationOPCServer站OPC接口機PI接口軟件特點PI接口軟件采用TCP/IP通訊協議,采用C語言編寫,軟件的運行效率、可靠性和靈活性都很高。接口軟件的數據通訊速率和數據容量只與PLC通訊接口軟硬件有關。PI數據的采集頻率可以在線調整,這樣對不同特性的數據可以采用不同的采集頻率,以便獲得最佳的信息量和達到系統(tǒng)資源最合理地利用。PI實時數據庫系統(tǒng)中位號屬性值的變化、位號的增加、刪除和修改,接口軟件能自動接收這些變化了的信息,并且無需重新啟動接口程序就可執(zhí)行這些改變。PI系統(tǒng)管理員做這些修改只需在PI服務器上完成,而無需到現場。PI接口機采用分布式設置,分布在不同的DCS、PLC控制室現場,這樣可以在離數據源最近的地方采集數據,確保數據的實時性和數據傳輸的安全性。PI系統(tǒng)采用兩級的數據壓縮技術,其中的第一級壓縮是在接口機上完成。PI系統(tǒng)管理員需要對每個數據點<tag>設定數據壓縮增量值和數據壓縮時間間隔,當接口軟件發(fā)現每次采集的數據無變化或變化很微小時,數據就被過濾掉不送給PI服務器,這樣可以大大減少網絡的通訊負荷。當然PI系統(tǒng)管理員也可以關閉這種數據壓縮機制,使每次采集的數據都傳送給PI服務器。PI接口軟件有容錯的功能〔Buffering,當PI服務器發(fā)生故障或網絡出現故障時,接口機可以繼續(xù)工作,把采集到的數據保存在本地硬盤中,當PI服務器或網絡恢復正常時,接口軟件能把數據補回到PI服務器,這樣可以確保數據不丟失。PI系統(tǒng)接口連接說明與原料控制系統(tǒng)的通訊接口 PI實時數據庫系統(tǒng)與原料系統(tǒng)之間通過OPC的方式進行通訊。某鋼鐵公司二煉鐵原料系統(tǒng)有3套ABPLC控制系統(tǒng),底層控制網絡已連通,并且具有以太網接口,增加一臺裝有雙網卡的PC機,在該PC機上安裝RSlink軟件和美國OSISoft公司提供的PI-API開發(fā)包和PI-IN-OS-OPC-NT軟件即可將3套原料PLC系統(tǒng)數據采集到PI系統(tǒng)服務器中,具體連接如下圖所示:與燒結控制系統(tǒng)的通訊接口當前二煉鐵燒結系統(tǒng)有4套ABPLC,底層控制網絡已連通,并具有以太網接口,對于燒結系統(tǒng)的數據與原料系統(tǒng)的數據采集相同。與高爐控制系統(tǒng)通訊接口 PI實時數據庫系統(tǒng)與高爐控制系統(tǒng)之間通過OPCServer的方式進行通訊。某鋼鐵公司二煉鐵高爐控制系統(tǒng)采用西屋的Ovation,該控制系統(tǒng)提供OPCServer軟件,目前某鋼鐵公司二煉鐵技術人員已經開發(fā)了一套小型管理系統(tǒng),從該OPCServer中采集數據。配置一臺帶有雙網卡的PC機作為接口機,其中一塊網卡與ovation控制系統(tǒng)交換機相連,另一塊網卡與PI系統(tǒng)網絡相連,在該接口機上安裝美國OSISoft公司提供的PI-API開發(fā)包和PI-IN-OS-OPC-NT軟件即可將高爐控制系統(tǒng)數據采集到PI系統(tǒng)服務器中,具體連接如下圖所示:系統(tǒng)的開放性PI實時數據庫系統(tǒng)提供多種規(guī)范的外部數據接口,用戶可以通過ODBC的方式訪問PI系統(tǒng)中的數據,也可以在EXCEL中通過PI-Datalink訪問PI系統(tǒng)中的數據,PI系統(tǒng)中的數據可以轉換成其它文件方式保存。PI系統(tǒng)提供了NT和UNIX平臺的PI-API供各種編程工具如VC,VB等訪問PI系統(tǒng)中的數據。系統(tǒng)的擴展性PI實時數據庫系統(tǒng)是模塊化結構,功能和規(guī)模是可擴展的。許可證點數<tag>可以隨著容量的增大而擴充,客戶端許可證用戶數可以隨著用戶的增加而擴充。PI接口軟件與PI服務器軟件彼此獨立,某鋼鐵公司今后增加新裝置,只需訂購PI接口軟件,增加一臺接口機將新裝置DCS接口與PI系統(tǒng)相連,在PI服務器上建點,在客戶端增加流程圖即可。系統(tǒng)性能指標序號描述1網絡結構遵循開放的TCP/IP協議2接口系統(tǒng)支持OPC、RS-232、DDE等協議,具有與多種控制系統(tǒng)連接的接口模塊3支持C/S結構4可以通過WEB方式查看數據5具有豐富、易用的客戶端數據處理和分析工具,畫面支持漢字系統(tǒng)6可與關系數據庫進行通訊,支持OLE2.0、ODBC開放數據連接7滿足二次開發(fā)要求,利用開發(fā)工具可同時獲得實時數據庫和關系數據庫數據,能在實時數據庫系統(tǒng)中同時調用關系數據庫的數據8數據在線存儲時間>5年9數據采集率：100%10接口機數據采集更新周期保持與現場數據刷新時間同步11數據存儲周期和精度可自由定義12數據庫數據恢復時間段=0.1ms13數據類型支持:整型、實型、字符型、開關量和二進制數值等14數據采集頻率：與現場數據刷新基本保持同步,可自定義15系統(tǒng)的技術可靠性>=99.9%16系統(tǒng)平均無故障運行時間>10000小時17系統(tǒng)平均故障恢復時間<8小時18實時動態(tài)點刷新周期<1s<用戶可自定義>19畫面切換周期<3s20靜態(tài)畫面調用時間<5s系統(tǒng)配置軟件配置系統(tǒng)軟件配置：序號模塊名稱描述許可數量PI服務器軟件〔WindowsNT,Windows2000,Windows20031PIEnterpriseServerUDS,SQL,PE5,000點PI客戶端軟件2PIcomboPIProcessBook5PIDataLink3PI-ActiveviewWebClient5PI接口軟件5PI-IN-OS-OPC-NTIPI與OPC接口3與PLC通訊軟件6Rslink與PLC通訊軟件2硬件配置序號設備名稱及型號描述數量單位一PI雙機服務器1X3650797941CXeonEM64TDualcore2.00GHz/2x2MB,1333MHzFSB,2-SMP,2*512MBPC2-5300DDR2ECC,3.5"HS0GBSASHDD,2*GigaEthernet,LightPath,CD-RW/DVDCombo,2U,HS835WPower2臺240K1233XeonProcessor5130-2.0G/4M/1333/65w2340K1906835WPowerSupply2439M57821GBPC2-3200<2*512M>ECCDDR2SDRAM4525R8064ServeRAID-8kSASController<256MB>2640K103973GB10K3.5"SASHot-SwapHDD4717002RDTotalStorageDS400DualController1842C00694GBPCI-EHostBusAdapter2919K1271IBMShortWaveSFPModule21019K1248IBM5MLC-LCFCCable21140K1024<90P1306EOL>146.8GB10KrpmUltra320SCSIHot-swapHDD8二PC接口機及其網絡設備12IBMThinkCentreA55<8705AE