PI 实时数据库系统

PI 实时数据库系统(Plant Information System)是由美国 OSI Software 公司开发的基于C/S、B/S结构的商品化软件应用平台，是工厂底层控制网络与上层管理信息系统连接的桥梁，PI在工厂信息集成中扮演着特殊和重要的角色。PI实时数据库系统适用于电力、石油、化工、冶金、造纸、制药、水处理、食品饮料、通讯等各种生产流程企业的生产过程优化。PI是全世界装机量最多的实时数据库系统，已成为OSI公司的标志产品。 美国OSI Software公司创建于1980年，总部设在加州San Leandro。在休斯顿、西雅图、克里夫兰设有分部，在美国的IL、FL、MO、MA、NY、NC等州设有办事处，在澳大利亚、新西兰、德国、新加坡设有办事处，全球范围有超过50多个分销商，智网科技（杭州）有限公司是OSI Software 公司在中国的指定分销商。同时，智网科技还利用自身的技术优势，在PI系统的平台上，二次开发了诸多的电厂应用子系统，使用户十分方便地进行电厂生产过程优化及安全运行管理。 OSI Software公司与Microsoft、SAP、KBC等著名公司保持着良好的合作关系， PI的客户端产品中底层完全采用微软Windows技术，同时也将用户界面Windows化。迄今为止，PI的客户端模块以功能强大、灵活、易用的特点在业界一直保持着领先的地位。OSI Software公司还与世界上几乎所有的DCS/PLC厂商保持着良好合作关系，这就使得PI与DCS/PLC的数据接口建立在坚实的基础之上。 PI实时数据库系统概述 世界上众多的企业都认识到生产过程的实时数据与历史数据是企业最有价值的信息财富，是整个企业信息系统的核心和基础。但是，如果生产现场缺乏数据，数据不完整或者不一致，以及历史数据丢失，都将导致管理者对工厂的现状无法判定，给管理带来困难，严重时甚至导致工厂停产，发生事故等等。二十年来，OSI Software公司一直致力于实时数据库产品的开发工作，使得PI系统成为世界上最优秀的实时数据库产品。目前，全世界超过80个国家的6500套PI系统正在投入运行中，其中全球电力企业超过30％在使用PI，而且购买PI的用户每年以25％的速度增长，使得PI的装机量近万套，成为全球装机量最多的实时数据库产品。每年一度的OSI用户大会都吸引着来自全球各地几百家的用户和厂商汇聚OSI。OSI提供全球24/7不间断的技术支持已有20多年。作为独立的商品化的软件，OSI每年都将30％的销售收入投入到PI产品的研发中去，保持产品的领先地位。 PI用于工厂数据的自动采集、存贮和监视。作为大型实时数据库和历史数据库，PI可在线存贮每个工艺过程点的多年数据。它提供了清晰、精确的操作情况画面，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况。 同时，PI为最终用户和应用软件开发人员提供了快捷高效的工厂信息。由于工厂数据存放在统一的数据仓库中，公司中的所有人，无论在什么地方都可以看到和分析相同的信息。PI客户端的应用程序可以使用户很容易的对工厂级和公司级实施管理，诸如改进工艺，TQC，故障预防维护等。通过PI可集成产品计划、维护管理、专家系统、LIMS和优化/建模等应用程序。PI在业务管理和实时生产之间起到桥梁作用。 PI的核心-历史数据管理 工厂的历史数据对公司来说是很有价值的。PI的核心就是数据档案管理，它采集并存贮与生产流程相关的上千、上万点的数据。多年应用历史数据库管理的经验告诉我们，现在要知道将来在进行分析时，哪些数据是必须的，是非常困难的。因此，保存所有的数据是防止丢失所需信息的最好方法。没有工厂历史数据管理，对于重建工厂历史数据是几乎不可能的。要改进产品，必须具备与之相关的原料的知识并了解当前和过去的操作状态。PI采集、存贮流程信息，并把这些数据提供给人们，其他应用程序可从这些数据中精选出有意义的信息。这些信息可以用来指导工艺改进，降低物耗，增加产量。 PI的C/S结构 PI是一个真正的C/S计算机环境，它所使用的智能结构可在多种系统配置下运行。PI数据服务器提供信息集中采集和系统的维护。PI客户可处理手中所有的最大数量的信息。在全厂或全公司可使用多个PI数据服务器。数据服务器小的可以是一千点，大的可达到数十万点。每个PI都可同时与一个或多个实时系统相联，并可读/写几乎任何实时设备或数据库。PI通常用来在两个不同厂商的产品之间传送信息。这种灵活的，功能强大的结构为信息系统结构设计的优化提供了自由度。PI可支持的用户个数没有限制。只要安装PI服务器的机器性能以及网络性能允许，看不出对客户端用户数有什么限制。在PI上使用的大多数应用程序都是客户端应用程序产品，这些应用程序所需的系统资源比终端对话或X-Windows登录到中心主机所需的系统资源还少。 PI的设计原理 为操作或生产获取所有相关数据 由于采集了所有的工艺数据，PI可以生成工厂过去和现在的操作情况的画面。如：产品质量工程师可能要分析影响一批产品的工艺数据，维护工程师可能要看特定设备的长期数据，并查看在运行中有什么问题。工艺工程师经常注意单个工艺单元短期信息。PI统一的数据仓库可让用户以不同的视角访问相同的信息。 在线存贮长期数据 目前在使用的PI，大多数保存了多年的工艺数据。在线数据即是用户或应用程序所要求的秒级数据。保存多年的工艺数据，使用户可提取工艺的季节变化数据、分析设备运行时间，查看产品或物料的生产周期。PI的应用工具还可在离线介质上创建永久的档案。通常情况下，用户访问的有效数据是在硬盘上。 以数据原型存贮 OSI Software公司认为，数据采集和存贮应保持原有的时间间隔、精度，而不考虑将来怎么用。过去，许多公司用大量的归纳数据来减少数据存贮的空间。这样做有两个原因，第一，减少存贮所需空间，第二，存贮的数据与某一批产品相关。PI存贮了工艺和事件的所有信息，例如，一个工艺量变化很快，这点的数据需要以较短的时间间隔来存贮，PI采用的压缩技术可以存贮数千点的数据，而不需要大量的磁盘空间。"旋转门"压缩技术保证了从PI的历史数据中取出的数据满足该点所要求的精度。 数据只存贮一次 数据只存贮一次，公司中所有的人或应用程序，可以访问相同数据而用于不同目的。PI以数据的基本形式存贮。系统可对数据进行任何格式的计算。根据用户或应用程序的要求，也可进行数据的归纳处理。 PI的优势 PI成功推出的一个主要特点是因为它具备一个商品化软件生产所有的特性。OSI Software公司是一个软件产品公司，它推向市场的新产品是与客户紧密联系的。由于PI不提供特殊的程序开发服务，PI 易于安装、维护和使用。OSI Software公司开发了相应集成器，提供很好的集成服务，并可在PI的上端开发应用以满足这些用户的要求。 PI的性能 OSI Software公司不仅在软件功能上而且在软件的性能上下了大量功夫。软件的性能包括软件的可靠性、用户或应用程序所要求的执行速度两个方面。PI的速度非常快，是目前所有信息系统中最快的。 PI的分布式结构 PI采用分布式结构，可采集任何数量PI网络节点上的数据，PI网络不仅提供远程数据采集，同时也提供了当PI主节点失效时数据项的队列管理。大多数接口也支持PI网络节点间的容错，就是说当有故障时，仍然可以继续采集PI网络节点或接口设备的数据。不仅有分布式数据采集，而且一些客户已经选择了分布式数据存贮。客户端模块(PI-PC Datalink，PI-ProcessBook，PI-API，PI-ODBC)都可与任何数量的PI服务器通信。这就为我们的客户提供了与其他系统中数据进行比较的可能。例如：你可能想比较厂内两个装置甚至不同的两个装置的操作数据。对这种从不同PI服务器来的不同时间段的数据，可进行完美的管理。 先进的服务器技术 PI 2.0X和早期的版本是在DEC VAX机VMS操作系统下开发的。PI 2.0X软件是用DEC代码管理软件的C语言写成。 PI 3.0在HP的代码管理系统中用C 写成，保证PI源代码的单一性。PI 3.0具有编译的灵活性，可支持多种操作系统，包括微软Windows NT服务器和各种UNIX操作系统。PI 3.0支持的平台包括：AXP NT，Intel NT，Sun-Solaris，HP-UX，IBM-AIX。客户在选择PI主节点服务器时可在Compaq，HP，SUN，IBM， DEC和其他服务器中选择最好的机器。 数据库技术 PI系统是一套商品化的实时数据库软件，主要用于存贮和获取时间序列的实时数据。PI系统具有最强的装置历史数据应用功能。PI数据库的所谓"字段"，在大多数情况是代表了现场实际中的"工位号"，用户可以将任意"工位号"加到PI历史数据库中。这些字段用来修改、维护数据库的信息。PI工位号数据库为用户提供了六种用户自定义的字段，这样就能保证每一套PI系统都可根据用户的需要完成他们自己的应用，同时PI系统的固定结构也能保证软件维护的统一性。大多数用户还在使用关系型数据库技术来实施广泛的数据应用工作。PI系统的用户完全可以汲取PI数据库和关系型数据库两者技术的长处，而不必牺牲各自的特点。OSI Software在PI服务器上支持微软公司的"开放数据库连接标准"，并形成PI-ProcessBook模块。PI产品使用该项技术后，使用户可以享受两种技术的完美结合。 支持微软的体系结构 基于窗口（Windows）的开发 OSI Software公司花了大力气于PI系统用户端，使之完全兼容Windows体系结构，以及OLE2（服务器和数据存贮器）和OLE技术。PI系统也同样支持微软新的基于目标的文件结构技术。PI是第一个在客户端产品中在低层完全采用微软Windows技术并将界面Windows化的实时数据库产品，迄今为止，PI的客户端模块之功能强大、灵活、易用在业界一直保持着领先的地位。 OLE目标链接和嵌入 微软的目标链接和嵌入第2.0版本（OLE2.0）提供了程序和程序中的目标相互交互的结构。PI-ProcessBook完全支持OLE2和ActiveX技术，其中包括两个功能。第一是数据存贮器的功能：允许用户从其它应用中将"目标"嵌入、链接进入ProcessBook；第二是服务器的功能：允许ProcessBook入口被服务或嵌入到其它应用中。 ODBC开放数据连接 开放数据连接（ODBC）是微软SQL存取组执行的层面接口标准。关系型数据库供应商遵循该标准以保证任何标准的ODBC用户应用都可以存取数据。OSI Software公司也遵循ODBC标准并在产品中应用。由于OSI Software公司的用户数据应用和数据压缩等方面的需要，PI历史数据库不是基于关系型数据库结构的。但是PI ODBC服务器使得PI数据在应用和用户感受方面就象是PI数据是存贮在关系型数据库的表中一样。用这种方式，PI系统数据库被设计成可以非常方便的与关系型数据库进行交互，而不必将PI或关系型数据库的数据先复制到某一区域，然后再从这区域由另一个数据库来存取。简而言之，OSI Software公司引入了"外部接口"功能，可在基于Windows的PI-ProcessBook这一用户端使用。这一特征允许用户从PI系统这一端，去观察与ODBC兼容的任意一个数据库中的数据。由于支持ODBC标准，PI系统就不必要为了提供集成查询能力而扩展或修改其"表"的功能。建议如果用户需要增加信息获取量，可以在用户所选的关系型数据库中自选设计新的"表"。这样许多现代的报告生成和查询工具就可以跨数据库的查询与结合。简单的说，PI-ProcessBook可以从外部关系型数据库获取数据，同时在PI数据库中将数据显示、使用。这些查询也可以是PI和外部数据库相互交互进行的。 PI服务器端和客户端软件功能介绍 PI是一个模块化软件系统，主要分为客户端模块和服务器端模块，现将上述所选模块的功能介绍如下：服务器端模块 PI-BP（PI System-Server,Base Package） PI-BP是PI的基本模块，包括：数据档案（Data Archive）,事件档案（Event Archive）,PI-PE，PI-ODBC-SV，PI-API-NT等模块。数据档案保存有与生产过程相关的数据，如：压力、流量、温度、设定点、开/关等信息。核心子系统包括以下几部分： * 实时数据管理（Snapshot） * 历史数据管理（Archive） * 位号（Tag） 定义管理（Base Subsystems） * 数据备份与恢复（Data Backup and recovery） * 存取方法（Access routines） * 位号（Tag）属性值及数据更新管理（Update Manager） * 客户网络请求管理(PI Network Manager) * 批处理管理子系统(PI Batch Subsystem) * 报警管理子系统(Alarm Subsystem) * 系统配置和系统管理实用程序(Configuration and administrative utilities) * 两个模拟接口子系统(Random and Ramp Soak) * PI-API for the Home Node（服务器端应用可编程接口） PI-PE(Performance Equation ) 此模块提供各种函数及逻辑计算功能或用户自定义复杂的计算公式，用户仅用简单的代数算式就可计算无法直接从控制系统中取得的数据，如流量补偿、正确的温度等。该软件包计算结果可以通过自定义"软位号"的方式直接存入数据档案。用户也可将自己开发的C或FORTRAN程序与此模块链结使用。 PI-ODBC-SV（PI-ODBC Server） PI ODBC允许用户应用标准的ANSI SQL访问PI数据库，它在PI数据库和关系型数据库之间架起一道桥，使得两种数据库可以相互使用而不用复制数据库。 PI-API-NT(PI API Node) PI API Node主要是作为一个数据源的扫描节点，它具有数据队列功能，即在主节点因软、硬件升级等原因引起离线时，PI API节点可暂存采集的数据，等主节点恢复正常后，再把队列中数据传送至主节点机的PI数据库里，从而保证数据的完整性。 客户端模块 PI-PB这是一个客户端流程画面在线组态和运行工具。以流程图和趋势图的方式组织和显示来自PI实时数据库和关系数据库的数据。它与微软的Windows标准完全兼容。其特点有： * 提供记事本的操作环境； * 支持普遍使用的网络协议（如TCP/IP，DECnet）； * 为用户提供一个图形界面，用户可在此建立或显示各种画面，如趋势图，流程图，棒图动态图形； * 具有Windows软件的缩放、拖曳等功能，另有点搜索功能帮助用户查找所需的点； * 自定义数据集（Data Set）可以让用户随时对任意数据进行加工处理和分析； * 对用户的一些特殊需求可用此软件内嵌的VBA作简单的编程来实现。该工具易学易用，并具有较强的伸缩性和功能扩展性；工艺工程师和生产管理者使用该工具可以及时掌握过程的变化，并实时的作出有关生产和管理方面的决策。 PI-PC￡API-DataLink￡? PI-DataLink提供一种通过电子表格软件如Excel，Lotusl-2-3访问实时数据库数据的接口。用户可在Excel中通过该工具直接取得服务器中的实时数据，用于分析或改进工艺流程，编制各种应用报表。 PI-Active View 提供以WEB方式浏览全厂的生产实时数据，作为一个ActiveX控件，将工厂实时数据与国际互联网紧密的结合起来，实现了在Internet/Intranet环境下进行信息发布、趋势分析等多项功能。 PI-ODBC-PC(PI Access to ODBC) PI-ODBC-PC允许客户端用户使用标准的ANSI SQL来访问PI实时数据，在任何支持ODBC SQL的关系型数据库中，用户可使用MIS系统透明的访问PI实时数据。 PI-SDK 提供面向对象的类库供用户开发应用程序，用户使用该工具编程可以提高开发效率，该工具可以在VC++,VB,VBScript等开发环境下使用。 PI-SQC 实时统计质量控制是为与生产过程有关的操作员、工程师、过程管理者设计的对在PI系统中的实时数据进行统计分析的工具。它能辨别随机波动和过程变化，可应用于生产的过程优化。这个软件包使得实施数据库的用户具有在线过程统计及质量控制的能力。通过对清楚的精确和具有意义的统计信息分析，实时的对过程偏差进行检测从而可以提高产品的质量，减少制造成本。用户也可以通过分析结果预测即将出现的问题，立即采取正确的行动进行处理。该工具所能进行的SQC计算包括：平均值、移动平均值、几何图形平均值、极差、标准偏差、移动标准偏差、不合格品百分比、不合格品数量、缺陷数、单元累积缺陷数等。 PI-Alarm View 该工具可对PI系统中任何一个工位号进行报警条件设置，如高报警、高高报警、低报警、偏差报警和数值大小变化率报警。这些报警可以送入PI历史数据库中，用户可以查询当前报警和历史报警记录。这些报警消息有助于用户解决引起报警的原因。用户可以根据需要制定各种报警机制，对重要设备，关键指标进行监控。 PI-Profile 多位号（Tag）多批量数据分析工具，它允许用户以概括形式，平面图和三维影射的方式查看PI的数据，具有同时显示多个扫描信息的能力。用该工具可以对设备各分布点的状况同时进行分析比较，比如对锅炉炉壁各分布点的温度进行监测。 PI-Control Monitor 控制回路监控，用该工具可以对某个控制回路的执行情况进行跟踪和统计。 PI-Manual Logger 该工具用于不能自动采集数据，需要手工录入数据到PI服务器。还可以用于把数字化手持仪所采集到的数据录入到PI服务器。 PI-Batch View 该工具用于批量生产过程管理。它可以提供一种功能强大的跟踪与批量生产相关的信息，高效的处理产生多种产品所需要的不同工艺条件的批量信息。用户可以对多批量的生产情况进行比较，以便及时调整生产工艺方案。