实时数据库：掌握企业业绩的关键

发布时间：2004-08-01 Dave Harrold, CONTROL ENGINEERING编辑顾问

　　当Aughinish Alumina公司于1989年选择历史数据库软件时，没有人想到它在提高企业业绩方面有如此重大的作用。

　　最初的配置仅用于在占地1000英亩的工厂内汇集几百个关键性参数，并将其结果显示在7个操作员接口终端上，而现在，Aughinish Alumina公司采用OSIsoft PI数据库软件用于25,000多个测量值的操作数据库；接口到其他应用；以及为多于200个用户接口上的操作员、管理人员和实验室人员提供测量结果。
　　“我们最初认识到OSIsoft产品是在对新的分布式控制系统（DCS）进行评估和项目选择的过程中，我们在20世纪80年代后期开始这方面的工作”，Aughinish Alumina公司IT部门主管Justus de Hooge这样说。
　　“在那个时期，DCS供应商提供自身功能度有限的历史数据库。一些DCS供应商建议我们采用OSIsoft，在考察了产品和公司后，我们决定基于PI 数据库软件实施标准化，这主要是因为它能连接到当时市场上所有的新的和已有的控制系统。此后，我们意识到独立于控制系统制造商的数据库的重要性，这样，我们的工程师只需了解一种接口，而不必考虑当前的硬件平台”，Hooge补充说。
　　Aughinish Alumina公司的采购小组考查了好几种历史数据库软件，尤其是评估了制造商及其系统，认为软件应具有：
　　■  支持图形和字符终端；
　　■  到多家供应商DCS和可编程逻辑控制器的接口；
　　■  与其他信息系统的集成；
　　■  提供长期的技术支持与服务。
　　全年生产铝
　　铝（Al）是地壳中含量最丰富的金属元素，最早是在1829年从氧化铝中分离出铝。从1886年起，铝开始工业化生产。
　　Aughinish Alumina公司是总部在瑞士的natural resources group Glencore旗下一家子公司，是一家氧化铝精炼公司，位于爱尔兰Shannon河口南侧的Aughinish岛上，在Limerick市下游20英里。
　　Aughinish Alumina公司采用Bayer工艺对铝矾土矿石进行提炼，每年生产150万吨以上的氧化铝（Al203），氧化铝是一种细颗粒白色粉末,出口到英国、斯堪的那维亚以及欧洲诸国的冶炼厂作进一步的加工，使之最终成为金属铝。铝矾土是从西非、巴西、加纳和澳大利亚的铝矾土矿中开采的，并使用重达65,000吨的大吨位运矿船输送，在Shannon河深水海运码头卸货，2吨铝矾土约生产出1吨氧化铝。该厂加工能力保持大于5600万加仑（250000m3）的水平，经过仓储、压力容器和管道来循环氧化地进行氧化铝的精炼（参阅图1）。Aughinish工厂有450名员工，一年365天，一天24小时地进行生产。

　　企业的特长，KPI
　　Aughinish Alumina公司依靠周密、细致地建立、跟踪和报告关键作业过程的关键绩效指标（KPI）来保证企业稳定、高效和盈利的运营。在企业的运营范围内，将设备的运行状态转换成相应的KPI，后者显示在数字仪表板上，该仪表板应用Microsoft Sharepoint portal技术作为用户接口。
　　由于多个KPI要比单独的过程测量远为复杂，因而Aughinish采用PI数据库和PI的先进计算引擎（PI-ACE）作为计算和装配KPI数据的仓储容器。使用来自Gensym、OSIsoft以及公司自己开发的软件工具的组合，Aughinish操作员可以精确地看懂数字仪表板上的内容，并在生产过程和设备出现异常时进行对应的控制调整，并报告何时和为何出现故障（参阅图2）。

　　例如，当人为使设备停止或它本身自动停止时，PI 数据库软件能知道是在什么时候停止的，但它不知道为何停止。为了完整地记录停运设备的信息，操作人员从下拉式故障原因表中，选取设备停运的原因，将一致性的文本信息加到设备的记录上，提供工程师和维护人员一种简便和快速的诊断方法，并为更加精确的事故分析而汇成相应的数据。此外，Aughinish的维护部门采用实际的运行小时数来制定维护计划。
　　PI集成的另一个例子是在Honeywell TDC 3000 DCS系统内实现的非线性、多变量的模型预测控制。
　　模型输入和输出是从PI数据库读取或写入到PI数据库。然而由于设备的复杂性，需要采用Gensym的G2专家系统来协助操作人员以便了解模型预测和设备运行特性。
　　“我们有意选择不让所有的模型控制为闭环回路，这是因为我们很清楚如果操作人员不直接介入控制系统和决策过程，他们的操作技能就会逐渐变得生疏，从而在某些场合，当一旦要求手动操作时，他们就不能按应该的那样或按需要的那样去做，通过使回路保持开环并提供专家系统的建议，我们发现操作人员仍可以保持熟练的技能，”控制系统主管George Troy说。
　　“我们每天有150多名工作人员上班，他们在‘无领导’的团队里工作，依靠数字仪表板和KPI就能使他们的注意力集中于重要的事务上，只有像PI系统那样牢固、可靠的数据库才能支持我们不断的　　发展，和利用KPI指标来保证我们的业务健康成长，这就是为何Aughinish能产生附加的效率和利润而不需要增加人员开支” ，Hooge补充说。
　　恒久不变的相互关系，安全性
　　OSIsoft公司的创办者J . Patrick Kenndey是一位化学工程师和注册控制工程师，曾是流程工业的最终用户，他认识到将工作重点着眼于特定市场需要的重要性, 并利用这方面的知识来指导、开发OSIsoft产品和从事商务活动的方针。
　　De Hooge和Troy每年都要出席一些用户组织的会议。他们非常重视参加OSIsoft会议的软件开发商和用户之间的相互作用，而且欣赏OSIsoft的客户服务。Troy说，一个电话就可以在几分钟内和软件开发商进行对话。Aughinish最初的PI系统（1989年）计算机运行于有开放VMS操作系统的DEC Vax 6310，今天，Aughinish的PI系统运行于基于 Intel Xeon的Microsoft Windows2000服务器上，“在原有（VMS操作系统）系统上，为了修补，大约每隔6个月需要卸除PI一次。现在，我们每个月都必须将PI卸除，以便对Microsoft Windows操作系统安装修补程序和关键性更新，此外，由于这个系统是作为所有用户的主要接口，它还与企业网络相连接，包括高度的安全性和保护在内，我们仍需要像原先的系统那样对OSIsoft软件安装修补程序和进行更新（约一年二次），而且OSIsoft还需要继续进行测试以保证平稳地进行软件安装，和从一开始就做到正确安装”，Hooger这样说。
　　产生更多的模型与集成
　　有一种测试软件应用价值的方法，这就是测试软件用户愿意付出多大的代价来扩展软件的行为特性和能力范围。
　　我们中有许多人倾向于只学习应用软件中那些需要的部分，很少有人愿意花费额外的时间和精力去成为应用软件的真正的行家里手。
　　通过积极地扩展和延伸软件的以下应用，Aughinish Alumina 公司PI的使用者无疑是上述看法的一个例外；
　　PI Datalink普及了Microsoft Excel电子数据表；
　　PI Active View提供PI ProcessBook屏幕的安全Web视图；
　　带有数据库的Gensym G2专家系统信息；
　　带有G2 advisories的附加的基于DCS的预测类型;以及公司内部开发的基于.Net的解决方案，它将PI集成到商务系统内。
　　“当我们首次承诺应用PI 数据库时，我们过于低估它对工厂运作的重要性和积极的影响。最初我们只派遣4名工作人员去培训--2名成为系统管理人员，2名成为我们的现场培训教员。原来设想只要7个用户接口终端就足够应对所有的需要。然而在最初6个月内，我们不但将用户接口的数量增加一倍，目前还在培训200多个人员使用PI。我们确实不能决定，一旦将PI门户（portal）的显示扩展到整个企业，将需要有多少个用户接口？但是我们知道，如果没有这些用户接口，就不能长时间非常有效地运行这套系统”，Hooge说。

　　有关PI数据库系统的简单介绍
　　OSIsoft的PI 数据库是一套集成的应用系统，设计用来满足流程工业中连续和批量应用的需要。
　　PI套件包括以下组件：
　　■   通用数据服务器（UDS）是PI系统的核心，通过PI的信息基础结构获取和发送实时数据。
　　■   PI ActiveView形成数据传递系统的互联网部分，并为用户提供在Web上观察全部功能以及PI ProcessBook显示的相互作用。
　　■   PI BatchView提供历史和实时的批量趋势的桌面观察，并允许在一个单独的视图上比较多个批量的有关数据。
　　■   PI ControlMonitor通过监视和显示作为非独立变量的质量变量，以及作为独立变量的控制回路设定点，被测变量和控制输出等，从而保证控制系统正确地起到控制作用。
　　■   PI DataAccess软件是一组工具，它协助高级用户观察、结构化和访问PI系统内的数据。例如：成套的软件开发工具为访问PI服务器和有关的子系统提供ActiveX编程工具。
　　■   PI DataLink建立电子数据单程序和UDS之间的双向连接，提供方便地访问过程数据和Microsoft Excel或Lotus 1-2-3的分析工具。
　　■   PI ProcessBook是PI系统的图形显示前端，它有助于将原始数据转换成有用、动态的实时显示。数据来自任何的台式计算机或通过使用ActiveView的互联网浏览器。
　　■   PI ACE是一种先进的计算引擎，设计用于从构建的计算进行推断，允许用户将重点放在使实时数据转换成有用信息，ACE方程是以最少数量的代码编写的，并经过UDS透明地进行安装。
　　有关PI 数据库的更详细情况可访问www.osisoft.com。

　　PI如何管理记录和存储
　　PI DataStorage与通用数据服务器(UDS)一起运行，处理数值数据以及位串数据的收集  存储和检索。它利用‘摆动门压缩，Swinging door compress’过程，废弃落入到用户已定义值的一个可接受范围内的数据，或在‘压缩的偏差覆盖范围’内的数据从而免除了对类似数据的收集和存储。
　　压缩的偏差覆盖范围是在最后记录值和新值之间延伸的一个平行四边形，其宽度等于2倍的压缩偏差值技术规范。
　　当接收到一个新的数据点时，如该数据位于压缩的偏差覆盖范围之外，则以前的数据只作为记录并保存在DataStorage内，这样可允许PI数据存储器，以其原始的分辨率，在扩展的时间间隔有效地容纳少量和大量的数据。