pi技术简介

一、系统概述

PI （Plant Information System）是由美国OSIsoft软件公司开发的工厂实时数据集成、应用平台，是电力生产企业全厂实时信息集成的最佳选择。作为电厂底层控制网络和上层管理信息系统网络连接的桥梁，PI在电厂信息集成(管控一体化)中扮演着特殊和重要的角色。一方面，PI用于电厂数据的自动采集、存储和监视。作为大型实时数据库和历史数据库，PI可在线存储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，用户既可浏览电厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况。可以说，PI对于电厂的生产运行来说就如同飞机上的“黑匣子”一样。另一方面，PI为最终的客户端用户和应用软件开发人员提供了快捷高效的电厂信息。由于电厂的实时/历史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使用户很容易对工厂级和公司级的生产实施管理，诸如改进工艺，优化运行，故障预防维护等。通过PI可集成生产计划、设备维护管理、专家系统、LIMS和优化/建模等应用程序。PI在生产管理和操作运行之间起到桥梁作用。



二、PI的C/S和B/S结构

PI可以实现C/S和B/S的结构配置。它所使用的智能结构可在多种系统配置下运行。PI服务器软件提供现场实时数据的采集和存储，PI客户端软件让使用人员最大限度的处理手中的生产信息。这些客户端应用程序包括PI_Datalink和PI_Process Book，以及通用的浏览器程序，如IE，都是在用户非常熟悉的Microsoft Windows环境下运行。在电厂和集团公司可安装、运行多台PI服务器。PI服务器的容量配置灵活，从数千点的小系统到几十万点大系统，等等。每台PI服务器都可同时与一个或多个现场控制系统连接，并可读/写几乎任何实时设备或数据库。PI可以被用来在多个不同控制厂商的产品之间传送数据信息。这种灵活的，功能强大的结构为实时信息系统结构设计的优化提供了极大的自由度。PI支持的用户数没有限制，只要安装PI服务器软件的机器性能以及网络性能允许，我们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PI系统客户端的软件产品，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客户端所使用的网络带宽比终端或X-WINDOWS使用的带宽还少。



三、PI的设计原理

u      为操作或生产获取所有相关数据

由于采集了所有的现场生产数据，PI可以生成电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 统一的数据仓库可以让用户以不同的视角访问相同的信息。

在线存储长期数据

目前在使用的PI，大多数保存了多年的现场生产数据。在线数据既是用户或应用程序所需的秒级数据。保存多年的现场生产数据，使用户可提取生产中的长期变化数据、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(硬盘或磁带)上创建永久的数据档案。通常情况下，用户访问的有效数据是在硬盘上。

u      以数据原型存储

OSIsoft软件公司认为，数据采集和存储应保持原有的时间间隔、精度，而不考考虑将来如何应用。过去，许多产品用大量的归纳数据来减少数据存储的空间。这样做有两个原因，第一，减少存储所需空间，第二，存储的数据与某一批产品有关。OSIsoft软件的PI存储了生产过程中的所有信息，例如，一个工艺量变化很快，我们认为这点的数据需要以微小的时间隔来存储，PI采用的压缩技术可以在很短的时间内存储数千点的数据，而不需要大量的磁盘空间。“旋转门”专利压缩技术由OSIsoft软件公司开发，保证了从PI的历史数据库中取出的数据满足该点所要求的精度。

u      数据源唯一

数据只在同一时间点存储一次(时间轴唯一)，电厂所有的人或应用程序，可以访问相同的数据而用于不同的目的。PI以数据的基本形式存储。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。



四、支持的平台/环境

PI服务器应用平台

Digital DEC UNIX

Digital Open VMS

HP HP-UX

IBM AIX

Microsoft Windows NT

Sun Solaris



PI客户端应用平台

Microsoft Windows3.1

Microsoft Windows for workgroup3.11

Microsoft Windows 95/98

Microsoft Windows NT

Microsoft Windows 2000

Tektronix WinDD (for X Windows)



网络协议

TCP/IP Windows Sockets

HP Sockets

FTP PC/TCP

WRQ TCP Connections

DECNet Pathworks



网络方案

Ethernet

Novell

Token Ring



五、全面支持微软的体系结构

u      基于Windows的开发

OSIsoft软件公司投入了大量的人力和物力用于PI系统的客户端开发，使之完全兼容Windows的平台,其客户端产品已获得微软认证。同时OSIsoft软件公司也开发出支持ActiveX和OLE自动化的软件。PI系统也同样支持微软新的基于目标的文件结构技术。ProcessBook和Datalink模块与Windows的最新平台完全兼容，

u      ActiveX，OLE(目标链接和嵌入)

微软的ActiveX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ActiveX，其中包括两个功能。第一是数据存储器功能：允许用户从其它应用中将“目标”嵌入、链接进入ProcessBook；第二是服务器功能：允许ProcessBook入口被服务或嵌入到其它应用中。

在ProcessBook中支持ActiveX数据存储器功能意味着用户可以将“目标” （如电子表格、文本等）从其他程序嵌入或链接进入PI-PB的显示画面。举例来说，用户可以在ProcessBook上生成显示画面，包含趋势、棒图、动态值显示等ProcessBook所有的标准“目标”，同时，也允许用户在同一画面上嵌入电子表格。被嵌入的目标可以很方便地进行编辑，方法是：双击激活该目标块，这样可以不退出ProcessBook而进行该目标的修改和更新。被链接的目标在任意时刻发生改变，这些变化都立即反映到ProcessBook的显示画面上。

在ProcessBook中支持ActiveX服务器功能即意味着用户可以将ProcessBook标准的目标（如趋势、动态值、棒图等显示）嵌入其他的ActiveX兼容应用中去。举例来说，用户可以将ProcessBook趋势画面嵌入微软的Word文本中去。该趋势画面实际是与PI系统连接的，当PI系统的数据发生变化时，同时将Word文本中的数据实时地更新。用户可以在Word文本中激活该嵌入的趋势画面，进行放大、加入其它曲线等操作。

u      ActiveX自动化

ActiveX增强、改进之后其最显著的特点是ActiveX自动化技术。所谓ActiveX自动化技术是提供目标和被集成程序之间通讯的结构，而这些被集成的程序并不知道他们将被使用在一起。

应用ActiveX自动化技术，程序可提供公用的接口给其目标进行处理。该技术是被设计用于直接操作其他程序中的目标。在电子表格中，目标代表着单元和工作表。在其他应用中，目标可以是文字块、下拉菜单块等。在ProcessBook模块中，目标是显示画面、画面上所画的趋势和线、数据项以及ProcessBook本身。目标处理方法是指在那些目标上可进行的动作。每种类型的目标将有不同的处理方法的列表。比方说，EXCEL电子表的单元或单元序列有计算、清除、空值、数值等处理方法。计算和消除是对单元的处理，空值和数值处理是将单元中的信息进行获取。



u      VBA脚本

当你加入一种语言到目标及其上面描述的处理方法后，ActiveX自动化技术就完善了。微软的Visual Basic是一种通过ActiveX自动化处理方法来实现目标操作的一种语言。用户可以通过VBA开发ProcessBook目标操作的应用。例如，当用户打开一个ProcessBook显示画面或当用户在一个字段输入数值时，可以执行一个描述来激活用户的输入。这使你产生“为什么”的显示或显示合法的手动输入。

VBA在报告处理中非常有用。电子表中的单元和字段可以包括PI系统的工位号或时间以满足报告生成的需要。这样用户只需要简单的改变单元，报告就更新生成了。vba允许ProcessBook的趋势由电子表操作，这样PI系统的时间和工位号将随着电子表中单元的改变而改变。

u      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其数据。OSIsoft软件公司也遵循ODBC标准并在其产品中应用。

由于OSIsoft软件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 SQL服务器模块使得PI数据在应用和用户感受方面就像是PI数据是存储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地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，OSIsoft软件公司引入了“外部接口”功能，可在基于WINDOWS 的PI-ProcessBook这一用户端使用。这一特性允许用户从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。我们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行设计新的“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。比方说，可以使用微软的查询工具建立查询方式，通过PI ODBC服务器模块的接口，根据PI数据库某些数值的条件，在关系数据库之外去获取数据。



六、PI产品描述

PI系统产品主要包括三大类：PI服务器软件、PI 客户端软件和接口软件。PI服务器软件是用于现场生产数据的采集和存储；PI客户端软件提供对实时/历史数据的二次应用；接口软件实现现场不同控制系统和PI系统的连接。

PI 服务器软件

1. PI-UDS

PI系统的基本包PI-UDS包括系统的网络管理、应用程序接口管理、事件管理、ODBC服务、以及Module Database（模块化数据库）等。这些应用程序以后台服务的方式运行。

2. PI-SVRAPP

PI-SVRAPP包括一系列的后台应用服务程序，如执行计算(PE)、报警服务、批处理服务、SQC顺序质量控制服务等。

u      执行计算(PE)模块

描述

执行计算服务模块允许用户不必用高级语言来实施复杂的计算功能。该模块可允许用户生成计算公式，使用简单的代数算式，并将之存入库中多次使用。状态方程包的计算结果可以象PI系统任意一个工位号一样存入数据档案。

状态方程包可以直接与用C或Fortran写成的外部功能连接。大多数PI系统都有状态方程包。

  实施/应用

执行计算(PE)模块可使工程师进行诸如流体特性、过程单元模型等计算。PE也可写出数据表达式用以计算从仪表中不能立即得到而必需通过计算才可得到的值，如流量补偿，正确的温度等。

u      报警服务模块

  描述

报警服务模块可对PI系统中任何一个工位号进行报警条件设置，如：高限报警、低限报警、偏差报警或ROC（数值大小变化率）报警。这些报警可送到PI系统中的事件档案中，用户可以筛选和查看报警条件。

  实施/应用

用户接受的报警是那些已设置报警条件的工位号，在超过了最大值、最小值、ROC值或数据源没有发送数据时就会报警。这些报警消息有助于用户解决引起报警的原因。PI系统能够在服务器端敏感地探觉报警条件并通过触发一个动作来响应，如启动一个应用或给用户发送一个E-Mail（电子邮件）。

u      批处理模块

  描述

批处理模块是以一个批量前后关系来存储和读取PI系统的数据，而不是单纯以时间轴为依据。批量记录建立时，包括一些批量信息，如：批量记录数、批量标识、产品标识和单元名称等，查询功能将允许用户对感兴趣的批量进行查询。

PI批处理模块也支持单元别名，例如，用户可指定一个画面显示温度、压力、组分，PI系统依据别名选定的适合的物理工位号并从相应的时间序列的批量里读取数据。

  实施/应用

批处理模块正在许多工业的批量应用中得到应用。如：有一定顺序步骤的应用，炉子的开和停。在这类应用中，用户可决定是否启动这一顺序步骤。

u      SQC顺序质量控制模块

  描述

顺序质量控制模块SQC是辨别随机波动和过程变化的一门技术。这些技术可作为过程优化的一种方法，如：设定目标、限额、产品限制等。在很多工业领域，SQC的实施已取得了很大的经济效益。但是，由于在实施过程中涉及到大量的数据及众多复杂计算和趋势分析，因而使该应用受到了很大的限制。

顺序质量控制模块可在指定的时间周期里，对大量的采集样本进行在线计算，并把这些运算结果及相应的控制限、报警状态存入PI数据库。

  实施/应用

顺序质量控制模块所能进行的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。

3. PI-DS

PI-DS（Data Archive）是PI系统的数据存储模块。数据档案是OSIsoft软件公司时间序列的数据库，其中包括装置的过程信息、压力、流量、温度、设定点、开/关等数据的存储。通过PI快照功能（Snapshot），用户及其应用可以从数据源得到大多数最近的数据值。

PI 客户软件模块

OSIsoft软件公司基于微软平台的客户端软件工具使用户很方便地以不同格式从PI里读取数据。这些工具使不同的用户在相同数据库里看到各自关心的信息。每个人都有各自的画面、报告和分析功能，以满足不同需要，以下是一些主要的客户端软件介绍。

1.PI-Process Book（PI-PB）

  描述

Process Book是一个图形用户界面接口，用户可建立各类画面，包括：趋势图、图素、值、棒图和其他动态图形。Process Book目的是让电厂的每一个人员在自己的桌面以一本书的方式建立起自己的生产运行和管理画面。

  实施/应用

Process Book是PI系统中两个主要的用户界面软件之一，用户可决定如何建立自己的书，标记章节用于划分过程段，热键按钮用于入画面或激活其他应用。Process Book支持ODBC、ActiveX、VBA等微软最新的技术。

2.PI-Datalink （PI-PC）

  描述

Datalink在PI系统和常用的微软的电子表格（Excel）之间提供生产数据的动态连接。它是在电子表格端通过在菜单条和对话框上使用“加入”功能实现的。用户能很方便、快捷的用PI系统的实时和历史数据填充电子表格，而不需要复杂的“导入”功能。

  实施/应用

PI-Datalink是PI系统中第二个主要的用户界面软件，工厂里每个人都可用PI-Datalink和电子表格做数据分析和生成报告。可把工作单存起来，作为一个平台。以后把它读出来后，只要在单元日期上改动日期，工作单上的数据就会自动改变。除原始数据外，还可读出经过PI系统二次计算处理过的分析数据。

3.PI应用程序开发接口（PI-API/SDK）

  描述

PI 应用程序开发接口提供一个通用的程序接口访问PI系统中的数据。API/SDK给用户提供了一个自己编程访问PI系统信息的路径。

  实施/应用

OSI公司目前提供使用API函数的平台有：

Microsoft Windows、Windows NT在Intel和AXP、HP-UX、IBM AIX 、SUN Solaris、DEC 的Alpha Unix平台。

API 是一组可以调用PI数据库的函数，用户可用它写应用程序，读或写PI数据库。很多用户应用API把数据送入已有的应用中去，比如：性能监视或数据整合。目前，API/SDK的很多应用是在MS-Windows下与Visual Basic一起建立交互的客户端画面。

4.ODBC客户端（PI-ODBC-PC）

  描述

PI-ODBC-PC允许用户使用标准的ANSI SQL调用，即使用ODBC访问PI数据库。

  实施/应用

PI-ODBC-PC是客户端应用调用PI服务器中的SQL模块。它使用用户熟悉的读取关系数据库中数据的方法来读取PI中的数据。任何依从SQL调用的客户端均可以使用PI-ODBC-PC，它能使使用MIS系统的人穿透式读取过程数据而不用复制数据。

5.PI批处理客户端（PI-BAV）

  描述

PI 批处理客户端允许依据批量的相应关系查看PI中的数据。ProcessBook以及其他的用户开发应用中都可以支持批处理控件的功能。

6.PI SQL Charts（PI-SQL）

  描述

PI SQL是客户端的一个应用，它允许用户在ProcessBook内查看PI SQL的计算。

7.PI Profile Displays（PI-PRD）

  描述

PI Profile Displays是一个客户端的应用，它允许用户以概括形式，诸如Cross-Direction，Machine Direction，平面图和三维映射查看PI的数据，具有同时显示多个扫描信息的能力。

8.PI ActiveView

  描述

PI ActiveView是一个WEB客户端的应用，它允许用户将ProcessBook中生成的画面在通用的浏览器中进行发布。

PI 接口软件

OSIsoft软件公司作为独立的第三方软件供应商，目前可以提供多达300多种和不同控制系统的接口，包括所有主流DCS厂家、不同PLC厂家、LIMS厂家不同时期产品的标准接口。此外，PI系统还提供支持工业标准的数据通讯接口，如OPC、Modbus等等。

PI系统的接口一般都通过PI API节点机来实现，节点机的主要工作是作为一个数据源的扫描节点。节点机有数据缓存的功能，即在主接点PI服务器与节点机之间因软件、硬件升级等原因引起离线时，节点机可把采集的现场数据暂存起来，等到主节点PI服务器恢复正常运行后，再把缓存队列中数据传送到PI服务器数据库中，从而不丢失采集的数据。节点机可通过启动PI服务器的通信进行自身配置，节省PI服务器的大量工作。