钢铁公司实时数据采集技术方案

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
目录
一、钢铁二炼铁PI实时数据库系统设计目标 (3)
二、某钢铁公司二炼铁PI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 (19)
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PI实时数据库系统设计方案
2.1.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：
高线办公楼
原料主控室高炉主控室
2.2.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：
2.3.PI实时数据库系统特点
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。

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.PI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)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)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。

➢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)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)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)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。

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)WEB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
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.PI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
2.5.1与PI系统连接的生产装置控制系统
2.5.2PI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。

2.5.3PI系统接口连接说明
1)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
2)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)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
高炉
2.6.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VC，VB等访问PI系统中的数据。

2.7.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.系统性能指标
2.9系统配置2.9.1软件配置
2.9.2硬件配置
三、项目实施计划
工程进度表单位:周
月将PI系统投入试运行，试运行一个月后将PI实时系统全部投入正常运行。