钢铁公司实时数据采集技术方案.doc

某钢铁公司二炼铁2800高炉及配套装置实时数据采集系统技术方案 某钢铁公司二炼铁某高炉及配套装置 实时数据采集系统技术方案 某钢铁公司信息部某钢铁公司信息部 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 2 目目 录录 一 钢铁二炼铁一 钢铁二炼铁 PI 实时数据库系统设计目标实时数据库系统设计目标 3 二 某钢铁公司二炼铁二 某钢铁公司二炼铁 PI 实时数据库系统设计方案实时数据库系统设计方案 3 2 1 网络结构 3 2 2 PI 系统结构 4 2 3 PI 实时数据库系统特点 6 2 4 PI 系统功能 7 2 5 PI 接口部分 11 2 5 1与 PI 系统连接的生产装置控制系统 11 2 5 2PI 接口软件特点 12 2 5 3PI 系统接口连接说明 13 2 6 系统的开放性 14 2 7 系统的扩展性 15 2 8 系统性能指标 15 2 9系统配置 16 2 9 1软件配置 16 2 9 2硬件配置 17 三 项目实施计划三 项目实施计划 19 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 3 一 二炼铁一高炉及配套装置实时数据采集系统设计目标一 二炼铁一高炉及配套装置实时数据采集系统设计目标 某钢铁公司二炼铁一高炉及配套装置实时数据采集系统设计目标是利用某钢铁 公司数据通信网络资源 积极采用先进的计算机技术 信息技术 利用实时数据库 系统来建立统一的生产信息集成平台 通过网络和 PI 实时数据库软件系统将二炼 铁高炉及配套的原料 烧结的 PLC DCS 等控制系统连接起来 建立互联互通 信 息共享 高度集成 安全可靠的数据中心 该数据中心能及时接收二炼铁某立原料 烧结 高炉系统的生产相关数据并能及时上传到上级系统中 实现管理层与控制层 的集成 通过该系统可以实现生产数据的网上发布 各生产工序之间进行实时生产 数据访问 提高整个信息化流程的响应速度 二 某钢铁公司二炼铁二 某钢铁公司二炼铁PIPI实时数据库系统设计方案实时数据库系统设计方案 2 1 2 1 网络结构网络结构 某钢铁公司二炼铁一高炉是新建的一套装置 相应的网络环境还不具备 因此 为了构建实时数据库系统 首先构建一套网络系统 并且随着某钢铁公司二炼铁某 立业务的发展 所构建的网络系统不但要满足当前实时数据采集系统的需要 还要 满足将来业务发展的需要 因此所构建的网络具体如下 在距离二炼铁某立相对比较近的高线办公楼有一台主干二级网络核心节点 从 该节点铺设一根 24 芯单模光缆到烧结主控室 然后从烧结主控室分别铺设一根 12 芯单模光缆到原料主控室和高炉主控室 然后分别在高炉主控室 原料主控室和烧 结主控室分别部署一台带有两个光纤模块的 CISCO WS C2950G 48 EI 交换机 所铺 设的光缆通过光纤模块相连 其结构如下图所示 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 4 烧结控制室 原料主控室 12芯 交换机 高炉主控室 12芯 24芯 高线办公楼 2 2 2 2 实时数据采集系统结构实时数据采集系统结构 由于某钢铁公司二炼铁某立生产规模较大 装置分散 DCS 控制系 统分散等情况 为了便于今后管理和维护 整个 PI 系统采用分布式结 构 C S 和 B S 相结合的模式 充分体现了系统的灵活性 PI 实时数据 库系统是连接控制网与管理网的一个管控一体化桥梁 它的安全可靠性 非常重要 根据唐山钢铁公司网络实际情况 结合经济因素 在系统设 计上采用划分 VLAN 防火墙 双机热备的方式保证生产控制系统的安全 性和实时数据库系统的安全可靠性 即为实时数据采集系统设置一套双 机服务器作为实时数据库系统服务器 并兼作 WEB 发布服务器 主要用 来保存各装置的实时生产数据 以及数据的网上发布 分别在高炉主控 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 5 室 烧结主控室和原料主控室各配置一台网络防火墙 防火墙内网口连 接实时数据采集接口机 外网口连接到所部署的交换机上 针对每台防 火墙设置安全策略 只允许实时数据库服务器能够访问接口机 通过这 种方式 可以充分保证生产控制系统的安全性 不受来自管理网的攻击 和病毒侵袭 整个系统有三部分组成 包括实时数据库系统服务器 接口部分 实时数据库系统与控制系统通讯接口软件 客户端 在二炼铁设置 一个信息中心机房 在该机房内设置互为热备的两台 IBM X3650 服务器 做实时数据库系统服务器 负责存储某钢铁公司二炼铁一高炉及配套原 料 烧结生产装置控制系统的生产数据 接口部分由多个接口机 即操 作站 组成 分布在各生产装置控制室现场 在与局域网相连的每个用 户的 PC 机上安装实时数据库客户端软件或直接通过 IE 来浏览实时数据 库服务器中的生产数据 厂长 总工 科室和车间管理人员通过实时数 据库来了解现场装置的生产情况 在办公室的电脑上看到的生产数据与 控制系统保持同步 几乎没有时间上的延时 整个系统是一个可扩展的系统 某钢铁公司二炼铁某立实时数据 采集系统的建设采用统一规划 分步实施的策略 首先把某钢铁公司二 炼铁一高炉及配套原料 烧结生产装置控制系统的生产数据采集上来 其它老装置或新建装置等条件成熟或通讯接口情况改善后逐步实现与实 时数据采集系统的连接 某钢铁公司今后在实时数据库平台之上还可以 扩展许多应用 整个系统的配置如下图所示 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 6 2 3 2 3 PIPI 实时数据库实时数据库系统特点系统特点 1 PI 实时数据库系统能够安全稳定可靠地运行 与接口机和客户端用 户不会发生接口阻塞和通讯中断的事件 2 PI 实时数据库系统数据点 TAG 容量为 5 000 点 今后随着新装 置的建设 容量是可扩展的 PI 服务器存储数据点 tag 的类型有 整型 实型 字符型 开关量和二进制数值 3 PI 实时数据库系统有完备的安全机制 首先 PI 系统管理员可以将 允许访问 PI 服务器用户的 IP 地址设定在 PI 的防火墙中 只有使用 这些 IP 地址的 PC 机才能访问 PI 服务器 客户端用户除了要通过防 火墙的安全检查外 还需要有合法的帐号和口令 否则无法登录 PI 服务器 PI 系统管理员要对用户可以访问那些数据进行授权 这种 授权是基于每个数据点 tag 来实现的 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 7 4 PI 系统管理员可以根据实际情况和需要来建立一些 软位号 这 些 软位号 是仪表中不存在的数据点 它是利用 PI 提供的 PE 功 能对来自 DCS 的数值进行二次计算 并保存计算结果 PE 模块提供 了大量的计算函数 可以利用这些函数实现很多模型计算 例如 对流量的温度压力补偿计算 机泵的累计运转时间等 5 PI 系统管理员利用系统管理工具 PI SMT 和 EXCEL 就能完成数据建 点工作 由于不同装置的仪表位号可能是相同的 因此要对整个某 钢铁公司所有装置进行统一编码 编码作为每个仪表位号的前缀 PI 系统管理员要整理出需要进入 PI 实时数据库系统的仪表位号 以及它们的属性值 这些属性值包括位号描述 工程单位 零 值 量程 历史数据保留精度等 PI 系统管理员在系统运行期间可以随 时添加 删除和修改 PI 数据点 tag PI 接口软件会自动接受这些 变化而无需重新启动接口软件 PI 系统管理员可以通过网络远程对 PI 服务器进行添加 删除和修改 PI 数据点 tag 6 PI 实时数据库系统在保存历史数据上采用了高效的 旋转门 压缩 技术 使得历史数据可以保存很长时间 一般来说 1 万点的 PI 系 统保留 1 年的历史数据需要 4 83G 的硬盘空间 PI 系统管理员可以 在线调整每个数据点 tag 的数据保留精度 每个数据点 tag 需要 怎样的数据保留精度可以由工艺人员来确定 PI 系统管理员可以在 线调整 PI 历史数据库空间的大小 可以随时增加 删除 备份或恢 复历史数据库文件 PI 实时数据库系统可以实现系统的自动备份 2 4 2 4 PIPI 系统功能系统功能 通过采集二炼铁某立控制系统的实时生产数据 对各生产流程进 行统一的监视和查询 对生产数据进行综合处理上传到上级系统中 同 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 8 时建立二炼铁某立实时和历史数据库 以满足各相关管理部门快速 高 效地对现场过程数据进行查询和处理的要求 根据用户的需要自由组态 各种中文流程图画面 棒图 参数图 趋势图等 实时显示各种类型的 数据 PI 实时数据库服务器与接口机之间的通讯状态 通过流程图 趋势图和数据一览表的方式随意查询实时和历史数据 实现对各生产流 程进行统一的监视和查询 可方便的根据用户的需要生成各种图文并茂 的报表 可以根据用户的需要设计打印各种报表 图形和报警值 画面 刷新周期可由用户自己定义 画面支持汉字系统 具体功能如下 1 1 数据采集数据采集 PI 实时数据库系统各接口机与各控制系统通讯 采集各控制系 统模拟量 开关量 脉冲量和累计量等实时信息 接口机数据采集 更 新周期保持与现场数据刷新时间同步 PI 实时数据库系统可根据用 户的需要自由定义采集周期 数据采集率 100 2 2 数据存储数据存储 PI 系统以数据原型在线存储数据不少于 5 年 PI 系统管理员可以在线调整每个数据点的数据保留精度 数据的存储精度可以由用户自由设定 PI 系统支持多种数据类型 整型 实型 字符型 开关量和 二进制数据值等 PI 数据库数据恢复时间段 0 1ms PI 数据库容量为 5 千点 PI 系统管理员可以在线调整 PI 历史数据库空间的大小 可 以随时增加 删除 备份或恢复历史数据库文件 PI 实时数据库系统可以实现系统的自动备份 还可以将 PI 系统从一台机器移植到另一台机器上 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 9 服务器数据按照数据源原有的时间间隔和精度进行存储 也 可根据用户的需要在线修改存储数据的时间间隔 精度 3 3 数据缓存数据缓存 PI 实时数据库系统提供 BUFFER SERVER 模块 完成数据缓存 将 BUFFER SERVER 安装在 PI 接口机上 当两台 PI 数据库服务 器都发生故障或网络出现故障时 接口机可以继续工作 把采集 到的数据 保存在本地硬盘中 同时接口机会不断地去测试 PI 数据库服 务器或网络 当 PI 数据库服务器或网络恢复正常时 BUFFER SERVER 软件能把数据补回到 PI 服务器 这样可以确保数据不丢失 接口机可以缓存 2 周以上的数据 一般来说缓存两周的数据需要 4G 的硬盘空间 4 4 数据维护数据维护 PI 实时数据库系统支持在线和远方维护数据库 画面 报表和 各种系统参数 5 5 数据监视及综合查询功能数据监视及综合查询功能 通过 PI 实时数据库系统提供的客户端工具 PI Processbook 可 以根据用户的需要自由组态各种中文流程图画面 棒图 参数图 趋势图等 实时显示各种类型的数据 PI 实时数据库服务器与接口 机之间的通讯状态 利用 PI Processbook 工具可以通过流程图 趋势图和数据一览表的方式随意查询实时和历史数据 实现对各生 产流程进行统一的监视和查询 PI Processbook 支持插入对象 诸 如 Microsoft PowerPoint Microsoft viso drawing Microsoft Word Microsoft Excel 等连接对象 可方便的根据用户的需要生 成各种图文并茂的报表 可以根据用户的需要打印各种报表 图形 和报警值 画面刷新周期可由用户自己定义 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 10 PI 流程画面在一台机器上组态完成后可以拷贝到其它机器上使 用 流程画面的组态工具和浏览工具为同一工具 PI Processbook 可以组态中文流程图画面 流程画面无需编译 组态是所见即所得 趋势图可以直接放置在流程画面上 也可以点击任意数据点随时生 成趋势图 实时和历史生产数据可以通过流程图 趋势图和数据一 览表的方式随意查询 画面上的图形能够动态显示 现场的开关动 作能够在画面上及时显示 可以通过图形闪烁和声音来进行报警指 示 在画面上可以嵌入立体图素和位图 流程图上的数据的定位显 示和所有动态图形的刷新变化都是由工艺位号决定 用户可以对流 程画面进行历史数据回放 所有 Windows 的控件都可以嵌入流程中 使用 流程画面也可以嵌入到 WORD 或 EXCEL 中使用 PI 提供插件 功能 可以在其它软件中使用 并通过它调用 PI 实时和历史数据 PI 流程画面文件是放置在本地用户的 PC 机中 只有数据是从服务 器中取过来的 这样可以减少网络的通讯流量 用户可以随意设置 客户端数据刷新频率 最快可以到 1 毫秒 用户可以把关系数据库 中的数据取到流程画面中显示或画趋势图 用户在客户端可以定义 自己的数据集 对各数据点计算最大值 最小值 平均值 方插以 及用户自定义计算公式 PI Processbook 本身内嵌 VBA 流程画面 上的数据和动态图形都可以看作一个对象 这些对象都有自己的成 员 方法和函数 用户可以用 VB 进行编程 组态某些特殊的和复 杂的流程图 PI 流程画面可以进行分级管理 不同权限的用户可以 浏览不同的画面 6 6 WEBWEB 发布功能发布功能 PI 实时数据库系统的 WEB 结构比较灵活 在 WEB 服务器上安装 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 11 Microsoft IIS 和 OSI 的 PI ActiveView 软件即可实现实时数据的 网上发布 客户端组态的流程图按每个画面单存为一个文件拆分开 把流程画面文件嵌入到超文本文件中 按一定的次序组织起来 这 样 WEB 化的流程图就不需要重新组态 减少了很多工作量 客户端 用户可以通过 IE 来访问 PI WEB Server 站点 当 PI WEB Server 发现该 PC 机没有安装 PI ActiveView 控件时 它会提醒用户是否 要下载安装控件 如果安装了该控件后就可以浏览 WEB 化的流程画 面 流程画面上的数据和趋势图会自动刷新 所有动态图形会随着 现场的变化而刷新 2 5 2 5 PIPI 接口部分接口部分 接口部分负责将现场生产装置控制系统的数据采集上来送到 PI 时 实数据库系统 2 5 12 5 1 与与 PIPI 系统连接的生产装置控制系统系统连接的生产装置控制系统 序号装置名称控制系统型号通讯方式接口软件接入点位置 1 原料 AB PLC 增加采集站 安装 Rslink 软件 OPC 接口机 2 烧结 AB PLC 增加采集站 安装 Rslink 软件 OPC 接口机 3 高炉西屋 ovationOPC Server 站 OPC 接口机 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 12 2 5 22 5 2 PIPI 接口软件特点接口软件特点 1 PI 接口软件采用 TCP IP 通讯协议 采用 C 语言编写 软件的运行 效率 可靠性和灵活性都很高 接口软件的数据通讯速率和数据容 量只与 PLC 通讯接口软硬件有关 PI 数据的采集频率可以在线调整 这样对不同特性的数据可以采用不同的采集频率 以便获得最佳的 信息量和达到系统资源最合理地利用 PI 实时数据库系统中位号属 性值的变化 位号的增加 删除和修改 接口软件能自动接收这些 变化了的信息 并且无需重新启动接口程序就可执行这些改变 PI 系统管理员做这些修改只需在 PI 服务器上完成 而无需到现场 2 PI 接口机采用分布式设置 分布在不同的 DCS PLC 控制室现场 这样可以在离数据源最近的地方采集数据 确保数据的实时性和数 据传输的安全性 3 PI 系统采用两级的数据压缩技术 其中的第一级压缩是在接口机上 完成 PI 系统管理员需要对每个数据点 tag 设定数据压缩增量值 和数据压缩时间间隔 当接口软件发现每次采集的数据无变化或变 化很微小时 数据就被过滤掉不送给 PI 服务器 这样可以大大减少 网络的通讯负荷 当然 PI 系统管理员也可以关闭这种数据压缩机制 使每次采集的数据都传送给 PI 服务器 4 PI 接口软件有容错的功能 Buffering 当 PI 服务器发生故障或 网络出现故障时 接口机可以继续工作 把采集到的数据保存在本 地硬盘中 当 PI 服务器或网络恢复正常时 接口软件能把数据补回 到 PI 服务器 这样可以确保数据不丢失 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 13 2 5 32 5 3 PIPI 系统接口连接说明系统接口连接说明 1 1 与原料控制系统的通讯接口与原料控制系统的通讯接口 PI 实时数据库系统与原料系统之间通过 OPC 的方式进行通讯 某钢铁公司二炼铁原料系统有 3 套 AB PLC 控制系统 底层控制网络 已连通 并且具有以太网接口 增加一台装有双网卡的 PC 机 在该 PC 机上安装 RSlink 软件和美国 OSISoft 公司提供的 PI API 开发包和 PI IN OS OPC NT 软件即可将 3 套原料 PLC 系统数据采集到 PI 系统服务器 中 具体连接如下图所示 数据库服务器 磁盘阵列 接口机 Rslink PI API PI OS OPC NT 原料 实时生产监控网 PLCPLC 2 2 与烧结控制系统的通讯接口与烧结控制系统的通讯接口 当前二炼铁烧结系统有 4 套 AB PLC 底层控制网络已连通 并具有 以太网接口 对于烧结系统的数据与原料系统的数据采集相同 3 3 与高炉控制系统通讯接口与高炉控制系统通讯接口 PI 实时数据库系统与高炉控制系统之间通过 OPC Server 的方式进 行通讯 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 14 某钢铁公司二炼铁高炉控制系统采用西屋的 Ovation 该控制系统 提供 OPC Server 软件 目前某钢铁公司二炼铁技术人员已经开发了一 套小型管理系统 从该 OPC Server 中采集数据 配置一台带有双网卡的 PC 机作为接口机 其中一块网卡与 ovation 控制系统交换机相连 另一块网卡与 PI 系统网络相连 在该接口机上 安装美国 OSISoft 公司提供的 PI API 开发包和 PI IN OS OPC NT 软件 即可将高炉控制系统数据采集到 PI 系统服务器中 具体连接如下图所 示 数据库服务器 磁盘阵列 接口机 PI API PI OS OPC NT 高炉 实时生产监控网 OPC Server 站 操作站 2 6 2 6 系统的开放性系统的开放性 PI 实时数据库系统提供多种规范的外部数据接口 用户可以通过 ODBC 的方式访问 PI 系统中的数据 也可以在 EXCEL 中通过 PI Datalink 访问 PI 系统中的数据 PI 系统中的数据可以转换成其它文件 方式保存 PI 系统提供了 NT 和 UNIX 平台的 PI API 供各种编程工具如 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 15 VC VB 等访问 PI 系统中的数据 2 7 2 7 系统的扩展性系统的扩展性 PI 实时数据库系统是模块化结构 功能和规模是可扩展的 许可 证点数 tag 可以随着容量的增大而扩充 客户端许可证用户数可以随 着用户的增加而扩充 PI 接口软件与 PI 服务器软件彼此独立 某钢铁 公司今后增加新装置 只需订购 PI 接口软件 增加一台接口机将新装 置 DCS 接口与 PI 系统相连 在 PI 服务器上建点 在客户端增加流程图 即可 2 8 2 8 系统性能指标系统性能指标 序号描述 1 网络结构遵循开放的 TCP IP 协议 2 接口系统支持 OPC RS 232 DDE 等协议 具有与多种控制系统连接的 接口模块 3 支持 C S 结构 4 可以通过 WEB 方式查看数据 5 具有丰富 易用的客户端数据处理和分析工具 画面支持汉字系统 6 可与关系数据库进行通讯 支持 OLE2 0 ODBC 开放数据连接 7 满足二次开发要求 利用开发工具可同时获得实时数据库和关系数据 库数据 能在实时数据库系统中同时调用关系数据库的数据 8 数据在线存储时间 5 年 9 数据采集率 100 10 接口机数据采集更新周期保持与现场数据刷新时间同步 11 数据存储周期和精度可自由定义 12 数据库数据恢复时间段 0 1ms 13 数据类型支持 整型 实型 字符型 开关量和二进制数值等 14 数据采集频率 与现场数据刷新基本保持同步 可自定义 15 系统的技术可靠性 99 9 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 16 16 系统平均无故障运行时间 10000 小时 17 系统平均故障恢复时间 8 小时 18 实时动态点刷新周期 1s 用户可自定义 19 画面切换周期 3s 20 静态画面调用时间 5s 2 92 9 系统配置系统配置 2 9 12 9 1 软件配置软件配置 系统软件配置 序序 号号 模块名称模块名称描述描述许可数量许可数量 PIPI 服务器软件 服务器软件 WindowsWindows NT NT WindowsWindows 2000 2000 WindowsWindows 20032003 1 PI Enterprise Server UDS SQL PE Totalizer Steam Tables Recalc Alarm M odule Database 5 000 点 PIPI 客户端软件客户端软件 PI ProcessBook 2 PI combo PI DataLink 5 3PI ActiveviewWeb Client5 PIPI 接口软件接口软件 5 PI IN OS OPC NTI PI 与 OPC 接口 3 与 PLC 通讯软件 6Rslink 与 PLC 通讯软件 2 某钢铁公司二炼铁实时数据采集系统技术方案 17 2 9 22 9 2 硬件配置硬件配置 序序 号号 设备名称及型设备名称及型 号号 描述描述 数数 量量 单单 位位 一一PIPI 双机服务器双机服务器 1X3650 797941C Xeon EM64T Dual core 2 00GHz 2x2MB 1333MHz FSB 2 SMP 2 512MB PC2 5300 DDR2 ECC 3 5 HS 0GB SAS HDD 2 Giga Ethernet Light Path CD RW DVD Combo 2U HS 835W Power 2台 2 40K1233Xeon Processor 5130 2 0G 4M 1333 65w 2 3 40K1906835W Power Supply 2 4 39M57821GB PC2 3200 2 512M ECC DDR2 SDRAM 4 5 25R8064ServeRAID 8k SAS Controller 256MB 2 6 40K103973GB 10K 3 5 SAS Hot Swap HDD 4 717002RDTotalStorage DS400 Dual Controller1 842C00694GB PCI E Host Bus Adapter2 919K1271IBM Short Wave SFP Module2 1019K1248IBM 5M LC LC FC Cable2 11 40K1024 90P1306 EOL 146 8GB 10K rpm Ultra320 SCSI Hot swap HDD 8 二二PCPC 接口机及其网络设备接口机及其网络设备 Celeron D 347 一级缓存 28KB 二级缓存 512KB 3 5 软驱 内存 512MB 硬盘 80GB SATA 12 IBM ThinkCentre A55 8705AE9 显示器 15 CRT 3 台 14 国产图滕服务器机 柜 2000X600X800 mm 颜色为黑色 1 台 15ATEN 切换器8 口 含