PI数据库

PI数据库（精选五篇）

PI数据库 篇1

1 PI数据库系统模块组成

PI实时数据库是一个包含实时数据采集、数据组织、分析处理、发布浏览等模块的软件系统, 由PI服务器端模块、PI客户端模块和接口软件三部分组成。PI服务器端模块用于现场生产数据的采集、存储及维护;PI客户端模块提供对实时/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系统的连接及第三方软件与PI数据库的通信。

1.1 PI系统服务器端模块

全局数据服务器PI-UDS (PI Universal Data Server) 是PI系统的核心, 它提供对实时数据信息的采集和存储以及对整个系统的维护, 主要包含4个模块:

(1) 核心子系统模块主要包括:基本子系统, 用来维护数据库中测点的属性信息;快照子系统 (每个点的当前值被称作快照) , 负责判断快照是应该送到档案子系统中还是被新的快照所取代;归档子系统用来存储每个点的多时间标记测量值, 如开关量、压力、流量、温度设定值等。

(2) 网络管理器模块提供驻留在PI主结点上, 管理与各PI-UDS子系统之间的连接, 同时也负责管理PI系统与客户端应用之间的连接。

(3) PI服务器组件模块主要包括:性能方程式模块, 允许用户不必用高级语言实施复杂的计算功能;批处理模块, 以一个批量前后关系存储和读取PI系统的数据, 而不是单纯以时间轴为依据;报警服务模块, 可对PI系统中任何一个测点设置报警条件, 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。

(4) PI系统管理工具模块主要包括:PI标签配置工具, 通过Excel创建和维护标签点;创建工具, 用于标签的创建和开关量状态表维护;PI系统检测工具, 为查看日志文件和系统信息提供更便捷通道的工具;PI接口配置工具可管理接口服务和配置文件。

1.2 PI系统客户端模块

客户端模块是基于Windows操作系统下开发的一系列客户工具软件, 用户可以很方便地以不同格式从PI数据库里读取数据, 并对数据进行分析和展示发布。

客户端模块通过PI-API函数与PI数据库服务器进行数据通讯, 通讯协议采用的是标准TCP/IP协议。PI客户端模块主要包括以下几种:

(1) PI-PB (PI-Process Book) 是一个客户端流程画面在线组态和运行工具, 可以创建和构思与现场工序相同/相似的工艺图和趋势图, 支持VBA、ODBC、Active X等技术。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。

(2) PI-DL (PI-Data Link) 通过在电子表格软件如Excel, Lotus系统中嵌入菜单, 实现和PI数据库系统之间的数据交换和数据管理。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。

(3) PI-Active View是一个浏览器客户端的应用, 它允许用户将PI-PB中生成的画面在通用的浏览器中发布。

(4) PI-ODBC客户端, 支持PI实时数据库与关系型数据库进行互访, 用户可以很方便地访问外部数据库。

(5) PI-SDK (PI-API) 提供面向对象的类库、动态链接库 (函数库) 供用户开发应用程序, 用户使用该工具编程可以缩短研制开发周期。PI-API是一套可以被包括C、Visual Basic等多种语言调用的函数库, 为第三方软件提供了功能强大的编程接口。PI-SDK提供了面向对象的类库, 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, 用来与PI系统进行交互。

1.3 PI系统接口软件

PI系统提供了400余个接口软件, 实现各类自动化控制系统与PI数据库数据采集功能, 支持工业标准的数据通信接口, 如OPC、MODBUS等。为优化数据采集的效率和可靠性, 通过保密协议, 实现与主流自动化厂家的底层接口服务软件, 利用PI-API为第三方软件与PI数据库的通信提供的应用程序接口。

PI系统接口软件里包含了三类程序:面向设备的数据通讯接口程序、面向PI服务器的API模块以及介于两者之间的界面程序。它的作用是:建立与数据源设备之间的连接, 读取实时数据;通过PI-API访问PI服务器, 将实时数据送入PI服务器。

PI系统接口软件里设置了例外检查 (Exception check) 环节, 根据数据的变化决定数据的取舍。只有变化量超过设定范围的数据才会被送往PI服务器的快照子系统, 成为该测点的当前值。

PI系统接口软件是实时数据进入PI数据库的桥梁, 其运行的可靠性直接关系到实时数据库的效能。为保证数据的完整性, PI的接口软件提供数据缓冲服务。当P I服务器与接口软件之间因软件、硬件升级等原因引起离线时, 接口软件可把采集的现场数据暂存起来;待P I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。

2 PI系统的数据流图

PI系统的数据流图如图1所示。

现场控制系统的实时数据首先被送往PI接口进行例外测试, 以对原始数据进行筛选。例外测试根据3个参数:例外偏差 (excdev) 、最大例外时间 (excmax) 和最小例外时间 (excmin) 执行。通过例外测试的数据被送往快照子系统, 成为当前值;先前的快照值经过压缩后, 被送到归档子系统。PI数据库采用旋转门压缩算法, 根据数据的变化趋势进行精度可调的有损压缩, 只提取重要数据。在历史数据查询时通过数据插值快速解压缩。

实时数据的产生具有周期性和波动性特点, 而每次磁盘操作都需要花费较长的时间, 须要对磁盘访问进行优化。PI数据库设置了事件队列和归档缓存区, 经过压缩算法过滤后的实时数据被保存在事件队列中, 由归档进程写入归档缓存。在事件队列已满并且归档进程忙的情况下, 事件队列中的数据将被写入磁盘文件, 等归档可用时再转入归档数据库。当归档缓存已满或者距离上次归档超过规定时间, 归档缓存中的数据将被写入归档数据库, 成为历史数据。

3 PI实时数据库特性分析

与关系数据库不同, PI系统的时间序列数据库规模扩展自如, 可在线存储大量准确地、一致性地运行数据达数年, 数据存储分辨率可为分钟级、秒级或毫秒级, 甚至达到微秒级, 而系统性能不会恶化。PI系统特有的先进储存算法, 保证了所提取的是能反映实际过程中的准确值, 而非推算值。此外, PI系统独特的数据库和数据基础架构, 保证了系统可在几十秒钟内完成访问一周前或十年前的数据。

参考文献

[1]石钢.PI实时数据库在电厂SIS系统中的应用[J].现代冶金, 2010 (2) :57

[2]杨源源, 王希宁.实时数据库PI在企业MES系统中的应用[J].自动化与仪表, 2009, 12:38

[3]周阳, 吴海姬, 周建新.基于PI数据库的SIS报表解决方案[J].中国电力, 2008, 6

PI数据库 篇2

双闪速炉冶炼工艺中, 双闪代表闪速炉吹炼和闪速炉熔炼, 原材料进过精矿配料输送, 除尘干燥, 混合后的精矿与烟尘进入闪速炉FSF内, 同时在供应工业氧气, 天然气, 通过精矿喷嘴进行投料控制, 闪速炉本身配备锅炉振打, 汽水汽包监控, 收尘系统等联锁, 冰铜水粹产品通过磨碎处理后, 冰铜粉进入闪速炉FCF内, 粗铜产品到阳极炉, 渣水粹处理到渣缓冷车间。由于闪速炉需要供氧和天然气, 同时产生副产品余热蒸汽等到余热锅炉, 通过余热锅炉供给其他车间。由于精矿中含有大量的硫磺, 产生的二氧化硫通过硫酸车间加工成为成品硫酸。

1 工程概况和介绍

金冠铜业是铜陵有色采用新的冶炼工艺的铜冶炼企业, 采用了先进的双闪速炉技术, 吹炼闪速炉FCF和熔炼闪速炉FSF, 目前由宝信系统借由PI数据库平台建立了一套生产数据采集系统, 目的是让各车间系统关键数据能够集中显示, 借由网络平台以及VPN通道达到生产数据的透明化, 同时对以后生产网和办公网 (erp) 融合提供了先决条件。

2 PI系统介绍

PI系统可为整个企业的相关变量和事件的可扩展管理提供实时事件管理, 还可检索大量数据并对数据进行深度存档。PI系统将所有操作数据合并到一个系统中, 整个企业 (上至管理层下至生产车间的各级部门) 的员工均可通过该系统访问这些数据。通过对不同的客户端分配不同的权限, 各部门能看到的数据范围不同。由于PI系统会将所有重要的操作数据始终置于在线状态, 并将它们保存在一个特殊的时间序列数据库中, 因此用户随时都能访问这些数据。在PI系统报告工具和分析工具的帮助下, 企业可以通过详实的操作数据采取有意义、符合实情且能取长补短的措施。从生产的各个环节到企业信息系统, PI系统将所有信息系统都整合到了一个高效的管理基础架构中。由于PI系统是按非定制原则开发而成的一套产品, 因此, 该系统可以快速实施, 并且在短时间内就能切实收到成效。

3 PI系统实施过程

3.1 硬件构成网络拓扑

本次采集在硬件方便使用了由宝信公司提供其自主开发的ICG网关, ICG网关型号为i X2700, 配置四块内置网卡, 使用时通过设置网卡的MAC地址和IP地址来区分网口, 该网关一方面配置了OPC服务器接口, 可以方便的和PLC, DCS等信号通讯, 一方面在数据上下层传输中起到了网络隔离的作用, 通过它实现了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则。WEB服务器和PI服务器为其采购的IBM服务器X3650和X3850。

金冠的主要系统架构为B/S架构, 其中数据通过浏览器能够域名解析后可以直接访问只需要管理员设置访客的用户信息和密码等内容, 客户端就可以通过其浏览到生产的关键数据。但是在关键数据及历史数据的查询中, 还需要在客户机安装PI-sdk等客户端软件, 该客户端为瘦客户端。通过内网交换机, 特定客户端的内部用户可以查询和修改数据, 外部用户可以通过VPN连接内网实现远程操纵, 通过对历史数据的记录和存档获得了宝贵的生产资料分析, 从而帮助领导层对生产和经营现状的调整。

车间的OPC服务器和工控机主要由宝信和瑞林公司提供, 宝信提供的车间有渣选, 动力, 电解, 净液, 制氧2W和制氧3W5, 渣选和制氧2W及3W5采用emerson的DCS系统, Deltav组态, 动力, 电解, 净液采用GE的PLC, ifix组态。瑞林提供的车间有熔炼车间 (双闪车间) , 精炼和硫酸, 都采用了emerson的DCS系统, Deltav组态。综保SCADA系统由因泰莱提供。

车间原则上需要单独的OPC服务器, 也有车间用工控机直接安装OPC server组件。

3.2 系统集成

3.2.1 画面制作

由于画面信息根据工控机画面而来, 首先在收集资料的时候先截取工控机组态画面, 根据组态画面内容把不同系统中的画面统一到PI系统中来。在PI-Processbook中制图, 通过选取对关键工艺流程和数据的监控, 选取需要集成的关键数据及画面, 制成新图。画面中单独取出生产水流量数据和天然气等数据画面, 单独列出。

通过这种方式, 各控制室的画面和关键数据能够反映到一套总调度系统中, 这样总调度就可以集安防监控, 生产调度, 人员管理等功能与一身, 使得资源调配能力大大增强, 为MES和ERP融合打好先决条件。

3.2.2 车间内通讯调试

在各车间内架设网关, 由于工控室内有内网交换机, 先打通控制室里的通讯, 为每个ICG网关的网口分配好MAC地址和IP后, 在OPC服务器上安装ICGclientbrg, 并配置为开机自启动。该软件即为宝信自主开发的OPC Client, 把不同组态软件提供OPC server统一, 再有OPC client发送到ICG网关, ICG在客户端软件与设备之间定义了一套自动发现的协议, 帮助用户在同一局域网中自动寻找自己的设备。通过自发现协议, 用户可轻而易举的找到网络中的设备, 已经清楚的看到设备的相关信息, 如IP地址, 型号, 工程配置信息等。

同时, 在车间调试机上安装ICG开发系统和网关系统, 作为服务器端与网关通讯, 通讯测试成功后在PI服务器端安装的ICG开发系统和网关系统就通过访问网关来读取I/O点数据。由于先设置了ICG网关各网口地址, ICG网管软件配置时只需要加入网关输出网卡的IP地址即可与之通讯。ICG开发系统通过建立I/O点数信息, 达到读取OPC server中的I/O数据的目的。

当相似的工厂数据采集任务时, 应该注意到本次数据采集中主要运用到自主生产开发的ICG相关软硬件:1.ICG硬件网关, 国产类似的网关如力控p Field Comm通信网关服务器可代替, 但仍然需要类似的相关软件搭配。2.ICGbrg, 实际上是OPC client端, 在OPC服务器上安装的网桥软件, 目的在于搭建OPC server到网关再到总服务器的通讯软件。3.ICG网管及开发软件, 安装在PI服务器上, 直接与数据库通讯, 通过ICG—for—PI的插件。

3.2.3 ICU设置

接口设置工具ICU (Interface Configuration Utility) 是PI系统管理工具。可以替代许多手工设置的工作, 如编辑设置文件、安装服务、设置标签点的输入/输出速率和查找日志文件。

1) 首先在计算机上已经安装了OPC接口, 使用ICU设置这个接口, 启动和调试接口。在菜单中导入一个接口的启动批处理文件, 在接口配置选择"Interface>>Import"

2) 选择“Service”选项, 在接口方式中选择自动方式“auto”。

3) 使用ICU检查接口使用的pointsource和扫描级别。如果需要时进行更改。接口应该包括在\PIadm目录中的一个就地启动批处理文件中。文件是pisrvsitestart.bat, pisrvsitestop.bat, 和pisitestart.bat。

4) 如果再ICU上建立I/O速率点和性能点来监视接口, 选择“IOrates/Status Tags”。可以可能到I/O速率点测量每分中产生的快照事件, 性能点测量某个扫描级别的扫描所有标签点的时间。

3.2.4 数据库连接

PI服务器上采用windows server 2003系统, 主要安装office组件, sql server 2003, ICG网管和开发软件, PI数据库组件 (SDK开发包, Datalink, Processbook, Active View) 。PI系统通过对excel安装的插件, 方便查询数据, 批量修改, 报表成型等功能。首先在车间内的OPC服务器上收集点位信息, 在数据库中储存点位资料, 当Processbook画面中需要显示某个数据连接时, 连接所储存的点位全路径, 此点位需同时储存在PI数据库, ICG开发软件, OPC server服务器中, 才能有正常的数据更新, 数据采集成功。

PI-sdk是用户自定义的开发包, 在本系统中通常用于连接客户端与服务器之间通讯设置连接, 也可以调用PI数据库中搜索功能。

PI-datalink是使用在基于excel中的插件, 能够通过在维护站安装Datalink而实现与PI-system的直连。在维护站主要用于对历史数据的查找与修改, 通过对历史数据的记录分析生产趋势图, 也为报表建立做准备。

PI-Active View是安装在Processbook和excel中的插件, 也可以快速查找数据集合, 通过对Processbook的功能支持实现扩展功能, 支持其他语言如VB等扩展。

PI-alerts报警组件, 新功能包括支持电子邮件提醒, 目前功能待定, 还未确定上线及报警范围, 可以设置规则列表过滤报警信息。

RT-reports报表系统, 基于客户的需求的报表系统, 支持web发布。

4 后期完善

画面组态上网后, 需要对用户进行培训工作, 将用户修改画面和数据链接权限开放给金冠电仪部门。画面需要做进一步的美工处理, 并且计划以后和金冠铜业的主画面合并。当主机房迁移之后, ICG网关到PI服务器之间线路采用光纤以太网转换。宝信在后期对金冠需求做进一步了解后, 再根据车间需求做出报表。

摘要：随着信息化的发展, 现代企业普遍引入了计算机系统辅助管理, 在此基础上建立了ERP系统、MES系统等。而在厂矿企业中, 由于出于安全性的考虑, 大部分信息之间不能实现信息互通, 在信息化管理方面普遍存在着各车间独立作业、只有相邻工艺流程的地方才进行数据交换等问题。最突出的表现就是由于安全性的限制, 生产控制系统中的数据不能直接传递到上层管理信息系统中, 不能真正做到及时、全面的信息管理。而引入PI (Plant Information) 实时数据库通过高效的数据管理模式, 对生产数据进行整理和深度存档, 把平时生产过程中细微的环节作为技术档案, 通过长期报表得到关键的比较数据, 使得企业管理者在关键的决策方面起到至关重要的作用。

PI数据库 篇3

电网运行实时数据对企业的生产管理、经营决策起着十分重要的作用。供电企业普遍建立了相应的调度自动化系统、配电网自动化系统、计量自动化系统和其他管理信息系统,这些系统在各自的业务领域都发挥着积极的作用[1,2]。随着电网规模的不断扩大和信息系统的不断扩展,数据种类越来越多,数据量越来越大。由于这些系统的数据结构与编码不统一,数据量庞大,而且缺乏统一的实时数据平台,导致各系统间接口繁多,甚至出现了信息孤岛,众多颇有价值的运行实时数据未得到有效整合和充分利用,数据共享和集成应用等问题日益突出。因此,迫切需要对企业级的实时数据中心(real-time data center——RtDC)技术进行深入研究,并建立一套符合供电企业实际需要的实时数据中心系统,以有效地整合数据,实现信息一体化和应用协同,满足电网监控、生产管理、经营管理对实时信息准确性、完整性、一致性、安全共享的需求。

为了解决这些问题,国内在调度综合数据平台、实时信息平台等方面进行了卓有成效的研究和系统开发[3,4,5],但真正成熟的商业化产品并不多见。本文简要分析了PI数据库的技术特点,阐述了基于PI数据库的供电企业数据中心系统的体系结构、应用功能以及关键技术,并介绍了该系统在深圳供电局的实际应用情况。

1 PI的主要技术特点

传统的围绕关系数据库技术建立的数据和信息管理模式已难以满足供电企业对大量实时、准实时数据及信息应用提升的需求,PI的应用为实时数据中心的建立提供强大的技术平台。PI实时数据库系统是由美国OSI Software公司开发的基于客户/服务器(C/S)、浏览器/服务器(B/S)结构的商品化软件应用平台,在国内外公用事业企业的实时数据管理系统中有着广泛应用。

与传统实时数据库系统相比,PI具有显著的优势,主要表现在:

1)具有更为完备的平台安全体系架构,包括系统级的安全体系架构和监视、数据点级的安全管理,以及数据源的审计、数据服务和数据流安全控制等,以保障系统和数据的安全。

2)具有先进、高效的旋转门数据压缩技术,在保证数据真实性的基础上,对数据进行有效的压缩,极大地节省了硬盘空间,并且不影响数据的读写速度。

3)具有丰富的平台支持环境、应用开发环境和开发工具,系统支持应用程序接口(API)、系统开发套件(SDK)以及开放的数据库连接(ODBC)等数据接口,支持公共信息模型(CIM)标准,既可接入模型数据库(MDB),也可接入AF2.0模块。

4)具备实时数据库与历史数据库一体化的特点。对实时数据和历史数据的访问,提供同样的性能保证,对长达数月乃至几年的历史数据,以秒级实时响应性能提供数据访问。

5)具有灵活的可扩展性,支持从几万点到几十万点,甚至上百万点的数据点规模,而数据访问性能均能得到保障。

基于以上技术特点,本文采用PI系统作为实时数据中心的开发平台。

2 数据中心的设计与实现

2.1 硬件体系结构

企业级实时数据中心对保障实时数据的完整性、准确性、实时性和安全性起着十分重要的作用,其硬件体系结构必须充分考虑自动化、信息化系统的现状和具体的应用需求。如图1所示,数据中心由2台PI服务器、1台Web服务器和2台PI接口机组成。其中,2台PI服务器分别位于安全Ⅱ区和安全Ⅲ区,Web服务器对外提供PI的Web应用;1号接口机负责接入数据采集与监控(SCADA)系统的实时数据,2号接口机负责接入大用户负荷管理系统和计量遥测系统的数据。

采用该体系架构,安全Ⅰ区和安全Ⅱ区自动化系统的数据接入到安全Ⅱ区的PI数据库后,不需要再做任何接口,可自动同步到安全Ⅲ区的PI服务器中,可提供给安全Ⅲ区各系统直接进行访问和使用,既方便又安全。

2.2 软件体系结构

实时数据中心软件基于PI设计和开发,采用B/S与C/S应用相结合的架构方式。其软件体系结构如图2所示。

各自动化系统的实时数据通过接口程序保存到PI实时数据库中。实时数据中心提供以下2种数据访问方式:

1)客户端方式:既可采用ProcessBook来设计画面,定制实时显示的数据信息,也可采用DataLink来定制报表,获取PI数据库中的数据。

2)Web方式:采用ActiveView控件发布ProcessBook中设计的画面,并结合ASP.NET设计其他页面。

2.3 数据模型的描述及各系统的接口

建立实时数据中心的首要任务就是实现各自动化系统实时、准实时数据的有效集成,而其数据模型的描述和数据访问的接口是关键。为实现数据模型的统一描述和数据访问接口的标准化,数据中心按照IEC 61970标准定义PI数据库,使其数据模型描述和接口访问符合CIM和组件接口规范(CIS)标准[6]。

2.3.1 数据模型的描述和电网设备的统一标识

对于整合各类专业系统数据的企业级数据中心而言,如何统一数据模型的描述和统一电网设备对象的标识十分重要。

PI提供的MDB为实时数据中心数据模型的统一描述提供了良好的工具,它允许用户通过分层分级的树状结构对设备进行归类、描述。 MDB所定义的是一种层次模型,而CIM属于面向对象的模型,两者所描述的对象具有相同的物理含义[7],可以由CIM生成MDB,即用MDB来映射CIM,上层应用对CIM的访问被转化为对MDB模型的访问。

为了实现电网设备对象的统一标识,实时数据中心和各业务系统均采用广东电网公司《功能位置及物理设备编码规范》。该编码基于CIM,由4段组成:第1段为公司代码,表示电力公司;第2段为子控制区代码,表示供电局;第3段为对象属性,表示对象属于输电、变电、配电或其他设备;第4段为对象编码,表示对象的所属变电站、间隔、电压等级和流水号等信息。例如:“南方电网广东电网公司深圳供电局220 kV水贝站1号主变压器”的编码为“S10300B2001Z001101001”。

在设备编码的基础上,对量测对象也进行了统一的编码,形成量测对象编码。如表1所示。将部件(功能位置或设备)编码和量测代码相结合,配以识别前缀,即形成量测对象编码。其中:“MM”为前缀,表示该对象编码是量测体系对象编码中的量测编码;“MM”后面的3位数字组成“量测代码”,代表量测的类型;量测代码后的“量测挂接位置代码”表示量测是属于部件本身还是挂接在部件端点上(如导电设备)。例如:某主变油温量测的“量测对象编码”为“MM0730S10300B2001Z001101001”。

通过设备编码规范和量测编码规范,对电网设备及其量测对象进行了统一标识,同时,采用PI的别名机制将设备与测点关联起来,为各系统数据标准化、规范化的接入和实时数据的有效整合及集成奠定了基础。

2.3.2 与调度自动化系统的接口

目前,供电企业使用的调度自动化系统大多为新一代的能量管理系统(EMS),其模型、图形、数据描述符合IEC 61970标准[8]。因此,数据中心与该类系统的接口也采用IEC 61970标准。

实时数据中心与EMS的接口如图3所示,包括电网模型、图形和实时数据3部分。其中,EMS生成符合CIM标准的电网模型可扩展置标语言(XML)文件传送给PI接口机,PI接口机根据CIM创建tag点和MDB。EMS生成的可缩放矢量图形(SVG)文件传送给PI接口机,PI接口机进行转换后形成图形界面,用于展示电网实时运行数据。当EMS有新数据时,调用PI的API写入数据库中。

2.3.3 与计量自动化系统的接口

计量自动化系统包括计量遥测子系统和大用户负荷管理子系统(LMS),如图4所示。

实时数据中心与该系统有2个接口:

1)数据库接口:负责读取计量自动化系统数据库中的配置信息,并在实时数据库中创建tag点和MDB,并负责把计量自动化系统的历史数据导出到PI实时数据库中。

2)实时数据采集接口:参照IEC 102协议制定通信协议,当计量自动化系统中的采集前置子系统接收到电能量数据采集终端(ERTU)或负荷控制终端的数据时,直接转发给PI接口机,接口机进行解析之后把数据保存到PI实时数据库中。

实时数据中心在接入各自动化系统时采用了统一的数据模型描述,并且符合CIM标准,因此,实时数据中心可充分综合利用其中的各部分实时数据实现集成应用。

3 实时数据中心应用功能设计和实现

3.1 实时数据的集中统一存储和利用

实时数据中心的功能首先定位为企业级的实时数据的集中统一存储,并使其成为各个自动化系统、信息系统之间数据交互的平台。

1)实时数据的集中存储和展现:

数据中心整合了现有各自动化系统的数据,实现了实时数据的集中统一存储。各系统的测点、数据模型和实时数据可以实现自动更新,无需在PI上维护;并建立了基于CIM标准的MDB,供其他应用系统访问,并且可方便地进行展现。

2)实时数据的集中、方便利用:

通过PI的数据镜像功能,实现安全Ⅱ区到安全Ⅲ区的数据同步,在安全Ⅲ区可实现对实时数据的访问和使用,既方便又安全。同时,数据中心提供Web服务,方便各部门使用及应用间集成。

3)为信息系统提供强大的实时数据平台:

利用实时数据中心提供的实时数据和标准访问接口,实现“生产控制大区”与“生产管理大区”之间的数据共享,以及大规模实时、准实时数据的高效存储和快速访问,实现各个系统信息孤岛数据的整合和协同应用。例如,生产管理系统通过标准的接口访问PI数据库,可得到其需要的电网运行数据。

另外,实时数据中心集中了输、配电网的大量历史数据,而且读取速度快,可以作为中长期负荷预测和电网规划的数据源或数据平台。

3.2 实时数据的集成应用

实时数据中心集成了调度自动化、计量自动化等各类实时数据,并通过MDB将这些数据有效组织起来,可方便地实现基于多种实时数据类型的综合应用,及电网运行信息的综合展示,实现单一系统难以完成的综合应用。例如:在同一电网接线图上可同时展现调度自动化、电能量计量和负荷管理的相关数据,便于统一查询、综合比较和分析等;综合计量系统、大负荷管理系统和EMS的数据,并结合地理信息系统(GIS)提供的拓扑信息,实现10 kV配电线路实时线损数据监测和分析等功能。

3.3 实时数据的特色应用

1)作为各业务部门报表管理和数据分析的平台:

使用ProcessBook和DataLink等客户端工具,可方便、快捷地提取电网运行实时数据,生成各种报表,并结合业务需求开发丰富的数据分析等功能。

2)实现专用系统不便或难以完成的特色功能:

应用PI提供的工具,可方便地实现全网电压与无功补偿分析、变压器油温与负荷关系分析、全网与分区负荷特性分析,以及全网电容器运行状态、变压器运行状态、母线电压集中监测等特色功能,实现专用系统不便完成的功能;同时,利用PI中保存的历史数据,数据中心可以查询到任意对象任意时刻的运行数据、任意对象任意时段的最大值、最小值及平均值,以及任意时刻的历史断面,并可导出报表,实现电网运行数据的“全息”保存和查询,弥补专业系统只能查询指定时刻数据的缺憾。

3)作为设备在线监测系统的主站或接入平台:

系统可作为变压器设备油气监测、变电站蓄电池在线监测、输电线温度监测等设备在线监测的“主站”系统或接入平台。同时,结合变压器负荷数据可实现完善的变压器设备在线监测功能,结合线路负荷实时数据可实时分析输电线的传输容量,便于设备状态的在线监视和综合分析,进而可实现设备的状态检修等应用。

4)作为输、配电网一体化的数据中心和模型中心:

实时数据中心集成了调度自动化、配电网自动化和GIS等系统的实时数据和模型数据,通过整合可建立输、配电网一体化的实时数据中心和模型中心,实现全网数据和模型的统一管理;另外,其符合CIM标准的输、配电网一体化模型也可以导出给其他系统使用。

4 实际应用

基于PI数据库的企业实时数据中心系统在深圳供电局得到了很好的应用。深圳地区电网2007年的最高负荷已经达到10.188 GW,年供电量达到54.82 TW·h,成为南方电网系统第1个、全国第4个最高负荷突破10 GW的城市电网。

监控、管理和经营如此大规模的电网对自动化和信息化提出了很高的要求。为此,深圳供电局有序地开展了相关自动化及信息化的建设。目前,已建成运行或正在建设的系统有:调度自动化系统、配电网自动化系统、电能量计量遥测系统、大用户负荷管理系统、继电保护管理信息系统、GIS、生产管理系统和企业资源管理系统(营销部分)等。

各自动化及信息系统的建成和应用,对实时数据的共享应用提出了迫切的需求,同时,也为数据中心的建设和成功应用提供了必要的基础条件。

通过2年多的努力,深圳供电局基于PI数据库的企业实时数据中心系统于2007年7月正式投入运行,系统运行稳定,功能强大,得到了广泛的应用。该数据中心有效地整合了EMS、TMR、LMR等自动化系统约9万个实时、准实时数据点,实现了全局实时数据的集中和共享,可以高效、快速和方便地存取与应用,并成功地为生产管理系统、变压器油气在线检测系统提供相关的实时数据,解决了各个信息孤岛的信息隔阂。

同时,在实时数据中心平台上自主开发了丰富的特色应用和综合应用,充分发挥了实时数据中心的功能,例如设备在线监测、配电网线路在线线损分析、负荷特性分析等,特别是在电网运行实时数据的综合监视、查询、统计、报表和分析等方面极大地方便生产、调度和运行管理等工作。

5 结语

基于PI数据库的企业实时数据中心系统充分利用了PI的技术优势,在符合电力系统二次安全防护体系要求的架构下,建立了体系架构合理、功能强大的企业级实时数据中心平台。下一步将在此基础上构建供电企业的一体化、信息化基础平台,更好地为供电企业的发展提供强大的信息化支持。

本课题得到2006—2007年度广东电网公司重点科技项目((2006)科技-20)的资助。

摘要：研究、设计并开发了实时数据中心系统。该系统基于PI(plant information)实时数据库开发,建立了企业级的实时数据中心平台,并实现了丰富的应用功能,有效地解决了各个信息孤岛的信息隔阂,可以高效、快速和方便地存取与应用企业级实时数据。简要分析了供电企业自动化及信息化的现状和PI数据库的特点,阐述了基于PI数据库的供电企业数据中心系统的体系结构、应用功能以及相关关键技术,最后介绍了该系统在深圳供电局的实际应用情况。

关键词：PI,实时数据库,供电企业,实时数据中心

参考文献

[1]卢强.数字电力系统.电力系统自动化,2000,24(9):1-4.LU Qiang.Digital power systems.Automation of Electric Power Systems,2000,24(9):1-4.

[2]李向荣,郝悍勇,樊涛,等.构筑数字化电网建设信息化企业.电力系统自动化,2007,31(17):1-5,44.LI Xiangrong,HAO Hanyong,FAN Tao,et al.Constructing digital grid and informatized enterprise.Automation of Electric Power Systems,2007,31(17):1-5,44.

[3]余虎,姚建刚,罗滇生,等.数字电力系统基础架构平台的设计与实现.电力系统自动化,2006,30(18):94-98.YU Hu,YAO Jiangang,LUO Diansheng,et al.Design and implementation of base platform on digital power system.Automation of Electric Power Systems,2006,30(18):94-98.

[4]畅广辉,镐俊杰,刘涤尘,等.基于多代理技术的电力控制中心综合数据平台设计.电力系统自动化,2008,32(1):85-89.CHANG Guanghui,HAOJunjie,LI U Dichen,et al.Design ofthe integrated data platform in electric power control center based on multi-agent technology.Automation of Electric Power Systems,2008,32(1):85-89.

[5]林峰,胡牧,蒋元晨,等.电力调度综合数据平台体系结构及相关技术.电力系统自动化,2007,31(1):61-64.LI N Feng,HU Mu,JI ANG Yuanchen,et al.Architecture and related techniques of a power dispatching data platform.Automation of Electric Power Systems,2007,31(1):61-64.

[6]IEC61970Energy management system application program interface(EMS-API):Part301Common information model(CI M)base.2002.

[7]张慎明,黄海峰.基于IEC61970标准的电网调度自动化系统体系结构.电力系统自动化,2002,26(10):45-47.ZHANG Shenming,HUANG Haifeng.Architecture of power dispatching automation system based on IEC61970standard.Automation of Electric Power Systems,2002,26(10):45-47.

PI数据库 篇4

2011年6月25日, 浙江宁波电业局承担的国家电网公司科技项目“PI数据库深化研究与应用推广”顺利通过验收, 专家组一致认为该项目整体技术水平处于国内领先, 在电网企业中的应用达到国际先进水平, 具有较高的推广应用价值和显著的经济、社会效益。

该项目从2010年开始实施, 在浙江省电力公司的指导下, 宁波电业局圆满完成项目实施各项工作任务, 得到了国家电网公司、浙江省电力公司一致认可和高度评价。通过该项目的成功实施, 浙江省电力公司范围内PI数据库应用达到了一个新的高度, 为坚强智能电网建设打下坚实的数据平台基础。

PI数据库 篇5

快速倾斜镜广泛应用在精密校正系统中,比如自适应光学,自由空间通信,视轴稳定[1,2,3,4]等。CCD传感器通常用于检测目标,为控制系统提供位置偏差。该偏差作为快速反射镜的输入信号,由此形成闭环系统。时间延迟是控制性能最大限制[5,6],它严重限制了闭环性能。如何在延迟系统中,提高闭环性能一直是一个技术难题。有很多文献研究了具有CCD闭环的FSM(Fast Steering Mirror)控制系统。提高硬件和软件水平,减小延迟时间是许多研究者优先考虑的方法[3,4]。一味的减小CCD的积分时间,其探测性能会受到很大的影响。有人提出采用预测控制[6],补偿时间延迟,然而预测控制容易导致系统的不稳定。并且预测控制很难预测白噪声,尤其在测量噪声很大的情况下,系统的性能会受到很大的限制。实际上,在CCD闭环的控制系统中提高误差抑制尤其是低频的误差抑制更为重要。这主要因为目标的运动信息频率大都在低频。本文提出了一种PI-PI控制器,其基本的原理就是在通常的PID控制器中增加一个积分环节,构成具有2个积分的控制器。

1 控制模型的建立

采用CCD传感器的FSM控制系统如图1所示。

其中:D(s)表示延迟因子,C(s)表示控制器,F(s)表示控制对象(包括快速反射镜、驱动),E(s)表示闭环误差。一般来说,延迟因子和和控制对象可以描述如下:

采用CCD闭环的控制系统大约具有三倍采样周期的时间延迟,这些延迟主要来自CCD的积分、图像处理和数据传输、采样保持等。

1.1 积分控制器

设积分控制器如式(3),其中K为增益。

闭环系统稳定的条件可以用开环系统的相位裕量PM,幅值裕量GM来决定。对于一个良好的控制系统来说,一般需要,容易得到:

令Kg为GM,可以求出Kg=6.0206>6。系统的闭环误差抑制传递函数描述如下:

从上面的分析可以得到,在以CCD为探测器的控制系统中,闭环系统的性能完全受到系统延迟的影响。

1.2 PI-PI控制器

串联PI-PI控制器如下:

结合式(1)、式(2)以及式(6)问题转换为对一个积分加延迟的系统如何优化PID控制器:

大量文献和工程实践得出PID控制器参数[9]中积分项与微分项满足如下关系

控制参数整定准则:在满足可以设置PM、幅值裕量GM的前提下最大化控制器增益。在这里设PM不小于45°、GM不小于6 d B,描述如下:

相位裕量和幅值裕量保证了系统的稳定性与鲁棒性,最大化控制增益意味着良好的系统低频性能。由相位裕量的定义,可以得到:

其中gw是增益穿越频率。由式(11)、式(12)可得:

由式(13)可得:

进一步,有:

进一步,可以求得开环幅值裕量为

由于采用了基于相位、幅值信息的最大控制器增益方法,既保证了系统的稳定性与鲁棒性,又极大地保证了闭环系统低频的性能。闭环系统的误差传递函数由式(18)描述:

在式(20)所描述的频率范围内,采用PI-PI控制器的误差抑制能力相比积分控制器要弱一些,但是在低频段其误差抑制能力是很优良的。

2 实验验证

实验装置如图2描述,扰动镜的带宽具有1 k Hz,用于模拟目标的运动。该实验的目的是验证PI-PI控制器的性能。FSM的谐振频率很高,大约在800 Hz左右,假设F(s)1是合理的。CCD采样频率为2 k Hz,控制环路的延迟(28)0.0015s。由前面的理论计算可以得到,cw(28)523.6rad/s,F(w)(29)0的条件是(30,83.3)Hz。采用积分控制器的误差抑制带宽1w68Hz,以及PI-PI控制器的误差抑制带宽2w61Hz。图3、图4分别给出了闭环响应、误差抑制响应以及静态闭环的实验结果。

从图4可以看出采用PI-PI控制器的误差抑制带宽2w60Hz,而采用积分控制器的带宽1w68Hz。尽管积分控制器的抑制带宽要宽,但是在30 Hz以上的高频段2种控制器作用的能力相当。而在30 Hz以下,PI-PI控制器所产生了非常好的结果。在10 Hz已经有10 d B左右的提高,更好的结果是在4 Hz以下有20 d B左右的提高。从图4可以知道,2种控制器作用下的闭环系统其噪声水平相当。这些实验结果和前面的理论分析是非常一致的。

3 结论

在以CCD为跟踪器的控制系统中,时间延迟制约闭环控制性能,通常很难获取高的控制带宽。将PI-PI控制器引入到输出延迟的FSM控制系统中,相比经典的PI控制器而言:该方法在不增加系统闭环带宽的前提下,提高了系统的性能,尤其是低频的闭环增益。

参考文献

[1]Ares J.Position and displacement sensing with Shack-Hartmann wavefront sensors[J].Appl.Opt(S1559-128X),2000,39:1511-1520.

[2]Cochran R W,Vassar R H.Fast steering mirrors in optical control systems[J].Proc.of SPIE(S0277-786X),1990,1303:245-251.

[3]Portillo A A,Ortiz G G,Racho C.Fine pointing control for optical communications[C]//IEEE Proceedings on Aerospace Conference,Big Sky,MT,2001,3:17-23.

[4]Joseph Watkins R,Hong-Jen Chen,Brij N Agrawal,et al.Optical Beam Jitter Control[J].Proc.of SPIE(S0277-786X),2004,5338:204-213.

[5]Gaffard J P,Boyer C.Adaptive optics:effect of sampling rate and time lags on the closed loop bandwidth[J].Proc.of SPIE(S0277-786X),1990,1271:3-50.

[6]Dessenne C,Madec P Y,Rabaud D,et al.First sky tests of adaptive optics predictive control[J].Optoelectron.Lett(S1673-1905),2008,4:407-409.

[7]Dana M Southwood.CCD based optical tracking loop design trades[J].Proc.of SPIE(S0277-786X),1992,1635:286-299.

[8]Timothy Bush,Victor Skormin.Experimental Implementation of model reference control for fine tracking mirrors[J].Proc.of SPIE(S0277-786X),1997,2990:183-189.