基于PI接口软件的生产调度系统设计

赵洪娣

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063305）

唐山三友氯碱有限责任公司拥有20万t/a烧碱和20万t/a聚氯乙烯产能，不同厂家的DCS、PLC控制系统已在各工艺车间得到广泛应用。随着企业信息化应用要求的逐步提高，迫切需要采用一套实时数据库系统来建立全公司统一的生产信息集成平台。通过实时数据库系统与全公司各生产车间DCS装置控制系统的连接，实现管理层与控制层的集成，为上层应用提供统一的数据平台，建立一个覆盖全厂各部门，功能齐全的管控一体化计算机集成生产系统。

1 设计目标

系统采用分层分布式开放系统的设计思想，采用了Cluster（集群）技术、三层体系结构及组件技术、Internet/Intranet及Web浏览器等一系列计算机技术，能够在最大限度上满足生产不断增长和变化的业务需求。实时数据库系统在生产控制系统和管理信息系统之间起着一个桥梁的作用。通过已建立的一套独立的生产专用网络，通过PI接口软件采集生产装置DCS控制系统以及PLC控制系统的实时数据，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以形成全厂生产报表，建立全厂的实时和历史数据库，满足应用开发和各相关部门快速、高效地对现场过程数据进行查询和处理的要求，同时开发企业的装置/班组成本核算模型，对装置/班组生产成本进行及时统计和分析，实现事前预测、事中控制、事后分析、事后考核的职能，达到精细化管理目标。

2 系统设计

为今后便于管理和维护，PI实时数据库采用分布式结构，采用WEB Servers分层和C/S相结合的体系架构。PI实时数据库是连接控制网与管理网的一个管控一体化桥梁，直接与现场控制系统相连，并且管理网需要从生产运行调度指挥系统中获取现场数据。因此，为了确保DCS控制系统和PI系统主服务器以及PI接口机的安全，要求建立独立的生产控制专用网络和MIS管理信息网络，网络布线和网络设备要求独立建设，不共用设备，这样才能有效地阻止来自MIS网的恶意攻击。基于这一安全原则，在生产控制网和MIS管理信息网之间采取防火墙进行隔离。PI服务器采用2台IBM X3650 M2服务器构成双机热备系统服务器负责存储生产装置控制系统的生产数据，接口机与服务器放置在同一个机柜里，与对应的控制系统进行通讯。

通过PI实时数据库来了解现场装置的生产情况，在与局域网相连的每个用户的PC机上安装PI客户端软件来浏览PI服务器中的生产数据。管理层每个办公室的电脑上就可以看到的生产数据与DCS系统保持同步，系统结构示意图见图1。

图1 系统结构示意图

2.1 与生产控制系统接口设计

PI接口软件采用C语言编写，软件的运行效率、可靠性和灵活性都很高，可以长年安全稳定地运行。接口软件的数据通讯速率和数据容量只与DCS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，数据的采集率可以达到100%。生产运行调度指挥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，无需到DCS现场。

目前该公司单体车间和聚合车间共4套日本横河CS3000 DCS系统，烧碱车间2套ABB DCS系统，水汽车间和利时DCS系统一套，将DCS系统与生产运行调度系统之间通过OPC方式进行通讯。每套DCS系统中在一台装有OPC Server软件的操作站上加装一块以太网卡，然后分别为这套DCS控制系统配置一台带有双网卡的PC机作为接口机，接口机其中一块网卡与装有OPC Server软件的操作站所添加的网卡相连，另一块网卡与控制网相连，在接口机上安装OPC Client软件即可将DCS控制系统中的数据采集到数据库服务器中。

2.2 硬件系统设计

根据设计目标要求，PI主服务器采用2台IBM X3650M2构成双机互为热备的高可用系统，2个服务器的节点相互连接，构成了一个提供服务的整体。当客户端提出访问请求的时候，这个请求可以被集群响应。当集群中的一个节点失效，另外一个可以通过“失效切换”的过程接替失效节点上运行的应用程序。同时，由于应用程序和客户端所需要的数据是存储在共享的存储设备中的，在“失效切换”的过程中共享存储的访问控制权也由失效节点切换至运行节点上，客户端和应用程序可以通过共享存储设备继续访问必要的数据。这样，通过集群，可以实现在一个服务器节点失效的情况下，仍然可以提供数据访问和网络服务的正常运行，保证了客户的关键业务的运行，集群工作示意图见图2。

图2 集群工作示意图

这种集群方式的实现，是通过2台服务器共享一个外部的磁盘存储设备，所以要求PI系统其数据存储在共享的设备中，2台服务器分别对磁盘存储设备有访问权。当一个服务器发生失效的时候，另外一个服务器仍然可以对共享存储设备中的数据进行访问，客户端网络的访问，可以由这台服务器继续维持。

图2中的2台服务器分别具有一个本地盘用于安装Windows 2003 Enterprise Server操作系统。服务器中分别安装有2块网卡，其中一组网卡用于局域网络服务的提供，另一组网卡通过一条心跳网线构成了一个内部互连的高速网络，这个高速网络用于2台服务器之间的信息传递。在服务器中分别安装一个HBA控制卡，通过HBA可以实现服务器的内部和外部的阵列，同时通过该控制卡连接共享的存储设备。要求PI系统安装在共享的存储设备中，这也是该方案的关键部分。基于双机方案，可以支持节点级和资源级的保护。在任何时候，如果一个服务器失效，在这个服务器上运行的所有应用程序和网络服务都会在另外一台服务器上重新启动，共享存储设备的控制权从失效的服务器上转移到运行的服务器。运行的服务器可以继续支持群集的虚拟服务器，通过群集的虚拟服务器，用户的网络访问可以继续进行。从而实现节点的保护。

在图2中，如果在第一台服务器上，PI Server应用程序失效或者服务器系统发生失效，这时候通过群集监视器和群集服务，PI失效进程会自动地在群集中另外一个服务器上被启动，PI服务进程运行在第二台服务器上，这样PI Server服务通过群集可以继续向外提供信息。当第一台服务器修复后，PI服务进程会自动回到第一台服务器上运行。所有在群集中运行的服务都不会受到影响。通过这种方式，群集保证服务器不仅可以避免由于单机的内部故障造成的意外停机，还可以避免由于服务器中某个进程的错误导致的服务中断。

2.3 软件系统设计

通过采集2套单体系统、2套聚合系统、2套烧碱系统以及一套水汽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以形成全厂生产报表。同时建立全厂实时和历史数据库，在此基础上开发装置及班组成本核算功能模块，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，也可为将来将数据发送到集团总部提供基础，实现集团总部和分厂信息共享。

通过生产运行调度指挥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。画面支持汉字系统。

3 结语

生产运行调度指挥系统提供多种方式访问PI数据库中的数据，用户可以通过PI客户端工具软件访问PI系统中的数据，也可以在EXCEL中通过PI-Datalink访问PI系统中的数据可以转换成其它文件方式保存。生产运行调度指挥系统是模块化结构、功能和规模可扩展性的系统。今后随着生产发展的需要，可以根据实际情况增加功能模块。