一、應(yīng)用背景

　　卷接包數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是安徽中煙工業(yè)公司蕪湖卷煙廠“十五”重點(diǎn)技改工程項(xiàng)目之一，是企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的重要組成部分，也是企業(yè)信息化的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)建立了一套面向整個(gè)卷接包工序的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地采集現(xiàn)場設(shè)備的各種生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量、消耗數(shù)據(jù)，為企業(yè)各級管理提供卷包數(shù)據(jù)服務(wù)。以車間數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，建立一個(gè)車間級的生產(chǎn)指揮調(diào)度中心。通過對各設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，科學(xué)、及時(shí)地對現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度指揮，確保生產(chǎn)的有序和可控。

　　該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)：

　　1.實(shí)現(xiàn)卷接包工序各種設(shè)備現(xiàn)場數(shù)據(jù)的全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)采集；

　　2.實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場管理的信息化，規(guī)范和強(qiáng)化現(xiàn)場管理；

　　3.以數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，搭建一個(gè)車間級的生產(chǎn)指揮調(diào)度中心，通過對設(shè)備運(yùn)行情況、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，科學(xué)實(shí)時(shí)對生產(chǎn)進(jìn)行指揮調(diào)度，確保生產(chǎn)的有序和可控；

　　4.實(shí)現(xiàn)與MES 系統(tǒng)等企業(yè)信息系統(tǒng)的全面數(shù)據(jù)集成，最終實(shí)現(xiàn)制造數(shù)字化的總體目標(biāo)。根據(jù)系統(tǒng)的總體建設(shè)目標(biāo)，該系統(tǒng)主要功能包括數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場管理、過程監(jiān)控以及MES 集成與執(zhí)行。

　　二、系統(tǒng)解決方案

　　1、卷接包生產(chǎn)工藝流程

　　卷接包生產(chǎn)包括成型發(fā)射生產(chǎn)、卷煙生產(chǎn)、包裝生產(chǎn)、條煙輸送、裝箱生產(chǎn)，以及相關(guān)輔助系統(tǒng)如風(fēng)力送絲系統(tǒng)、負(fù)壓除塵系統(tǒng)、儲絲柜系統(tǒng)等。其生產(chǎn)流程圖如圖1 所示：

　　圖1 卷包生產(chǎn)工藝流程圖

　　2、卷包數(shù)采系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　卷包數(shù)采系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖詳見圖2 所示。

圖2卷包數(shù)采系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

　　3、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　為確保網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠性，卷包數(shù)采系統(tǒng)采用西門子OSM 為核心構(gòu)建數(shù)采工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)，硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖（圖3）所示：

圖3 數(shù)采光纖環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

　　4、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)場數(shù)采站軟件運(yùn)行在WINDOWS2000 PRO 平臺上，采用VC 編程，主要包括現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集、本地監(jiān)控與終端漢化、現(xiàn)場管理等功能。

　　4.1 數(shù)據(jù)采集功能

　　數(shù)據(jù)采集是該項(xiàng)目最重要和最基本的功能。針對不同設(shè)備特點(diǎn)，量身定制出相應(yīng)的數(shù)采策略，實(shí)時(shí)采集各設(shè)備的生產(chǎn)、消耗、設(shè)備、質(zhì)量等數(shù)據(jù)。雖然卷包設(shè)備千差萬別，但其數(shù)采軟件處理都遵循以下流程（見圖4）：

圖4 數(shù)采軟件處理流程

　　設(shè)備數(shù)據(jù)接口是由設(shè)備電控系統(tǒng)完成的；數(shù)采裝置數(shù)據(jù)采集（數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)處理）、數(shù)據(jù)通信是由現(xiàn)場數(shù)采裝置完成的；數(shù)據(jù)收集和存儲、信息下發(fā)是由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的數(shù)據(jù)通信平臺完成的。

　　4.1.1 設(shè)備數(shù)據(jù)接口

　　設(shè)備數(shù)據(jù)接口是指設(shè)備本身能夠提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出方式，使數(shù)采裝置可以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的各種原始數(shù)據(jù)。蕪湖卷煙廠大部分卷包設(shè)備已具備數(shù)據(jù)接口功能，部分設(shè)備需要新增或完善其數(shù)據(jù)接口功能，具體列表如下（見表1）：

　　通過對各種設(shè)備電控系統(tǒng)的分析和解剖，徹底了解其數(shù)據(jù)通信硬件接口方式和軟件數(shù)據(jù)交換協(xié)議，是實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。同時(shí)，如果設(shè)備本身不具備完整的數(shù)據(jù)接口功能，則必須通過增加相關(guān)硬件設(shè)備或修改PLC 程序來提供數(shù)據(jù)接口功能。

　　4.1.2 數(shù)采裝置數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)采裝置數(shù)據(jù)采集是卷包數(shù)采系統(tǒng)的核心。包括數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)處理兩部分功能。數(shù)據(jù)接口就是按照設(shè)備數(shù)據(jù)接口協(xié)議的要求，通過相應(yīng)的硬件連接，從設(shè)備上實(shí)時(shí)獲取原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理就是以設(shè)備原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按照一定規(guī)則進(jìn)行處理，最終形成各種有效、準(zhǔn)確、全面的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

　　只要全面了解了各種設(shè)備的數(shù)據(jù)接口特性，利用相關(guān)接口卡所提供的驅(qū)動程序，遵循設(shè)備數(shù)據(jù)接口協(xié)議，即可以快速實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)接口功能。

　　數(shù)據(jù)處理也是數(shù)采系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，需要許多實(shí)施經(jīng)驗(yàn)支持才能使數(shù)據(jù)的處理更加有效和準(zhǔn)確，例如從原始數(shù)據(jù)中剔除不真實(shí)的數(shù)據(jù)，正確處理數(shù)據(jù)的日期、輪班；自動結(jié)帳處理等等。

　　數(shù)據(jù)采集的最終結(jié)果（數(shù)據(jù)處理的輸出）是適應(yīng)于管理需要的結(jié)構(gòu)一致的數(shù)據(jù)記錄。

　　4.1.3 數(shù)據(jù)通信

　　負(fù)責(zé)數(shù)采站與應(yīng)用服務(wù)器間的數(shù)據(jù)雙向傳輸。其特點(diǎn)是：

　　1）當(dāng)數(shù)采網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)保存在本地；當(dāng)恢復(fù)正常時(shí)，自動將歷史數(shù)據(jù)上傳，確保數(shù)據(jù)的完整性。

　　2）同一型號設(shè)備（如所有包裝機(jī)組，不管是GD、還是B1），其數(shù)據(jù)通信模塊是相同的；不同設(shè)備類型之間的差異也非常小。

　　4.1.4 數(shù)據(jù)通信平臺

　　這是一個(gè)專門的卷接包數(shù)采數(shù)據(jù)通信平臺。該平臺完成各數(shù)采站的數(shù)據(jù)收集和存儲以及相關(guān)信息的下發(fā)功能，性能穩(wěn)定、擴(kuò)充性強(qiáng)。

　　4.2 本地監(jiān)控與終端漢化功能

　　在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，以圖形和表格等形式實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行情況的本地監(jiān)控與異常報(bào)警，指導(dǎo)現(xiàn)場操作和生產(chǎn)。包括概要圖顯示、故障報(bào)警、生產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量消耗實(shí)時(shí)（歷史）數(shù)據(jù)查詢、在線故障診斷幫助等功能。此外，GDX2 包裝機(jī)組和和B1 包裝機(jī)組數(shù)采站可以完全實(shí)現(xiàn)原設(shè)備顯示終端上的所有功能并進(jìn)行漢化，可以替代原有顯示終端。

　　4.3 集中監(jiān)控系統(tǒng)

　　在集中監(jiān)控系統(tǒng)中采用 GE 的 Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監(jiān)控軟件， 并利用iWebServer 通過 Web 服務(wù)器發(fā)布，客戶端可以使用標(biāo)準(zhǔn) Web 瀏覽器看到 SCADA Server上的實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)對整個(gè)卷接包生產(chǎn)過程，包括成型發(fā)射、卷接機(jī)、包裝機(jī)、條煙輸送、裝封箱機(jī)，以及相關(guān)輔助系統(tǒng)如風(fēng)力送絲系統(tǒng)、負(fù)壓除塵系統(tǒng)、儲絲柜系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控。同時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場數(shù)采站通過和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接，具備了全線信息查詢的功能。

　　特色：

　　集中監(jiān)控層采用了 GE 的 Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監(jiān)控軟件，使得該項(xiàng)目在實(shí)施過程中能夠精確監(jiān)視、控制整個(gè)卷包生產(chǎn)過程，優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和企業(yè)管理資源。并能對事件快速反映，減少原料消耗，提高生產(chǎn)效率。由于該系統(tǒng)采用 GE 的Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監(jiān)控軟件，具有以下特色功能：

　　3D 化的圖形界面:

　　Proficy HMI/SCADA - iFIX 提供了強(qiáng)大的繪圖功能，繪圖工具可以快速地創(chuàng)建所需的圖形動畫，根據(jù)需要可以調(diào)用豐富的位圖，基于 Proficy HMI/SCADA - iFIX 強(qiáng)大的繪圖功能，該系統(tǒng)采用了大量 3D 的圖形界面。 根據(jù)生產(chǎn)線的工藝平面布局和物料流向，通過形象的設(shè)備外形圖符方式模擬顯示系統(tǒng)狀態(tài)、操作模式、各個(gè)卷包設(shè)備和連接輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、作業(yè)任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)以及各卷包機(jī)組生產(chǎn)牌名、生產(chǎn)班次、總產(chǎn)量、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、重量數(shù)據(jù)、剔除數(shù)據(jù)、廢品數(shù)據(jù)、停機(jī)數(shù)據(jù)等當(dāng)前值。

　　如下圖所示：

卷接包生產(chǎn)工藝概要圖

　　裝封箱機(jī)組平面圖

　　條煙輸送平面圖

　　儲絲柜平面圖

嘴棒發(fā)射機(jī)組平面圖

　　使用 VBA 編輯具有向?qū)Чδ茼撁?

　　該系統(tǒng)具有的向?qū)Чδ茼撁嬷傅氖抢?VBA 代碼編寫的具有向?qū)Чδ艿捻撁妗Ｓ捎谠撓到y(tǒng)未配置 Historian，所以系統(tǒng)設(shè)置兩臺高性能的 PC 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)冗余配置。一方面，集中監(jiān)控計(jì)算機(jī)將現(xiàn)場采集的主要數(shù)據(jù)定時(shí)匯總存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，提供制絲線控制系統(tǒng)對關(guān)鍵生產(chǎn)、設(shè)備、工藝數(shù)據(jù)的緩存能力，另一方面，I/O 服務(wù)器提供的 OPC 2.0 服務(wù)又作為制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的來源。由于生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)需要下發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃，和集中監(jiān)控層存在一定的數(shù)據(jù)信息交互。在系統(tǒng)中利用 iFIX 提供的強(qiáng)大的 VBA 代碼編寫了具有向?qū)Чδ艿捻撁?。通過該向?qū)В到y(tǒng)可以引導(dǎo)用戶完成一系列復(fù)雜的信息交互。前臺的表現(xiàn)形式都是簡單清晰的圖形界面，后臺由 VBA 編寫代碼完成大量的數(shù)據(jù)交互，有效提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

　　如下所示為一個(gè)流程的向?qū)ы撁妫?/P>

　　標(biāo)簽組編輯器的大量運(yùn)用:

　　由于在該系統(tǒng)中具有大量重復(fù)調(diào)用的頁面，所以我們根據(jù) Proficy HMI/SCADA - iFIX 提供的標(biāo)簽組編輯器和VBA 代碼開發(fā)了具有組態(tài)功能的圖符，當(dāng)我們打開或切換畫面時(shí)，系統(tǒng)可以讀取標(biāo)簽組文件，并使用其中所定義的過程值替代圖中的標(biāo)記。下圖為在該工程中大量調(diào)用的電機(jī)頁面，采用了 Proficy HMI/SCADA - iFIX 中 VBA 代碼、圖符、標(biāo)簽組的功能。

　　監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng) WEB 發(fā)布功能:

　　由于系統(tǒng)采用了 iWebServer，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和 Web 服務(wù)器提供的 Web 發(fā)布服務(wù)，集中監(jiān)控系統(tǒng)可以將制絲線生產(chǎn)過程監(jiān)控畫面發(fā)布到相關(guān)的生產(chǎn)部門。用戶只需通過 Web 瀏覽 器即可查看生產(chǎn)線總體狀態(tài)、主機(jī)設(shè)備監(jiān)控畫面、工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)趨勢等生產(chǎn)過程信息， 發(fā)布的信息可以和監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行畫面保持一致。

　　4.4 現(xiàn)場管理

　　現(xiàn)場管理是企業(yè)信息化向機(jī)臺現(xiàn)場的延伸，是規(guī)范生產(chǎn)行為，強(qiáng)化現(xiàn)場管理的一個(gè)重要手段?，F(xiàn)場管理軟件功能開發(fā)的宗旨是使機(jī)臺操作人員以最簡單的操作，實(shí)時(shí)錄入管理所需的各種信息，同時(shí)全面、直觀獲取現(xiàn)場生產(chǎn)所需的相關(guān)信息。主要包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入和現(xiàn)場信息查詢等兩大部分功能。

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入主要包括質(zhì)量自檢、維修請求、設(shè)備維護(hù)信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、換牌確認(rèn)、交接班記錄等現(xiàn)場信息的錄入功能。是設(shè)備自動數(shù)據(jù)采集的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場管理的信息化?，F(xiàn)場信息查詢主要包括生產(chǎn)計(jì)劃、換牌通知、生產(chǎn)調(diào)度指令、各機(jī)臺產(chǎn)量對比情況等信息的查詢功能。通過該功能的實(shí)施，確保了現(xiàn)場人員嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)度指令進(jìn)行生產(chǎn)，加快了異常事件的反饋處理速度。當(dāng)現(xiàn)場數(shù)采站接收到重要信息時(shí)，該信息將立即自動彈出。

　　4.4.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入功能

　　數(shù)采系統(tǒng)除了自動實(shí)時(shí)采集設(shè)備上的各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)外，還有很多管理所必需的數(shù)據(jù)是要通過人工錄入的方式來采集的，數(shù)采系統(tǒng)提供了這些數(shù)據(jù)的錄入功能。

　　1） 質(zhì)量自檢數(shù)據(jù)的錄入

　　包括外觀檢驗(yàn)情況和煙支重量數(shù)據(jù)等兩種。外觀數(shù)據(jù)包括檢驗(yàn)時(shí)間、產(chǎn)品段、缺陷名稱、缺陷數(shù)量、處理措施等，機(jī)臺人員只要錄入相應(yīng)的編號代碼（缺陷代碼、處理措施代碼等）及數(shù)量即可，操作簡單。

　　2） 維修請求、維修記錄及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的錄入

　　機(jī)臺出現(xiàn)設(shè)備故障后可以通過機(jī)臺數(shù)采站發(fā)出維修請求，維修請求經(jīng)服務(wù)器轉(zhuǎn)送到維電班。因此，在維電班設(shè)有一個(gè)查詢終端，該查詢終端可以實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)車間設(shè)備運(yùn)行狀況，在接收到維修請求后，維修工可立即到達(dá)現(xiàn)場對故障進(jìn)行確認(rèn)和維修，設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行后，解除相應(yīng)的請求并錄入相應(yīng)的設(shè)備維修記錄（故障現(xiàn)象、故障原因、維修時(shí)間、換件情況及維修結(jié)論等），維修時(shí)間是由系統(tǒng)自動計(jì)算的，在沒有授權(quán)情況下，維修工無權(quán)改動，確保了數(shù)據(jù)的客觀性。

　　為了更加準(zhǔn)確地采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)臺上還提供了特殊設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的錄入功能，這些狀態(tài)包括調(diào)度停機(jī)、設(shè)備調(diào)整、換牌、卷包不平衡（待料）、試用原輔料等。

　　3） 換牌確認(rèn)

　　機(jī)臺換牌前將接收到換牌通知，機(jī)臺人員在作好相應(yīng)的換牌準(zhǔn)備工作并開始換牌生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的換牌確認(rèn)。這樣就能確保數(shù)據(jù)所對應(yīng)牌號的正確性。

　　4） 交接班信息的錄入

　　錄入交接班信息、帶班長交接班信息等數(shù)據(jù)。在大量歷史數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，我們對交接班信息進(jìn)行了歸類，錄入時(shí)只用選擇相應(yīng)的選項(xiàng)避免了在機(jī)臺上錄入漢字。

　　4.4.2 現(xiàn)場信息查詢功能

　　1） 生產(chǎn)計(jì)劃情況查詢

　　查詢本機(jī)臺所在資源組ERP 系統(tǒng)每天下發(fā)的生產(chǎn)計(jì)劃

　　2） 調(diào)度通知查詢

　　包括車間或各班長下發(fā)的各種調(diào)度通知的查詢、歷史通知記錄的查詢以及工藝調(diào)度通知、換牌通知等的查詢。

　　3） 各機(jī)臺產(chǎn)量對比查詢

　　實(shí)時(shí)查詢各機(jī)臺產(chǎn)量對比情況。

　　4） 機(jī)臺維修記錄及維修經(jīng)驗(yàn)查詢

　　實(shí)時(shí)查詢本機(jī)臺維修記錄及相關(guān)維修經(jīng)驗(yàn)支持。

　　三、 結(jié)論

　　2005 年10 月，蕪湖卷煙廠“十五”技改項(xiàng)目通過總體驗(yàn)收。該系統(tǒng)通過對卷接包生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種基本數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)視，了解生產(chǎn)的最新進(jìn)展，以便對生產(chǎn)過程實(shí)施有效控制；對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的設(shè)備故障或工藝質(zhì)量問題、物流狀態(tài)等異常情況及時(shí)報(bào)警提示，以便及早控制與處理?？梢钥焖俣菀椎匕l(fā)現(xiàn)有關(guān)的事件和趨勢，并對將要發(fā)生的問題及時(shí)做出響應(yīng)，同時(shí)將各種可分配資源有效地分配給最需要的生產(chǎn)工藝流程中。

　　本系統(tǒng)具有高度的擴(kuò)展性和穩(wěn)定性，維護(hù)方便。通過幾年來的使用和跟蹤觀察，GE Proficy HMI/SCADA – iFIX 至今運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠、高效，標(biāo)準(zhǔn)的 VBA 語言，更體現(xiàn)了本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與可維護(hù)性，對于當(dāng)前越來越龐大和復(fù)雜的煙草自動化控制系統(tǒng)是一種非常好的解決方案。

　　關(guān)于GE 智能平臺

　　GE 智能平臺是一個(gè)提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制的軟件、硬件和技術(shù)服務(wù)以及嵌入式計(jì)算。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€(gè)獨(dú)特的，靈活的，超可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，使得他們在包括能源、水處理、消費(fèi)品、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續(xù)的優(yōu)勢。GE 智能平臺是一家總部設(shè)在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業(yè)，是GE 企業(yè)解決方案集團(tuán)公司的一員。想獲取更多信息，請?jiān)L問：www.ge-ip.com。