卷包车间生产过程数据采集与集控系统

摘 要：　介绍卷烟企业卷包车间生产过程数据采集与集控系统的总体框架和关键技术，结合烟草行业信息化的现状，对实施卷包车间生产过程数据采集与集控系统提出自己的观点和建议。

关键词：　卷包车间；数据采集与集控；OPC

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1110089-02

0　引言

卷包车间生产过程数据采集与集控系统是卷烟企业信息化总体建设的重要内容。卷烟企业信息化总体建设分为三层结构，上层为ERP系统；中间层为MES系统；底层为自动化管控系统。自动化管控系统共包括制丝管控系统、卷包数采管控系统、物流管控系统、动力能源管控系统四部分。

卷包车间生产过程数据采集与集控系统是企业制造执行系统（MES）的基础，是联系卷包底层自动化与MES系统的枢纽。系统通过对卷接包工序所有设备全面、实时、准确的数据采集，通过其与底层自动化的有机集成，实现对卷包生产过程、产品质量和设备运行状况的全过程、实时和有效的控制，提高管理部门与生产执行部门之间的协同工作能力，保证生产全过程的协调运转，改善车间的生产管理水平，实现生产过程的快速反应与敏捷制造[7]。

1　系统总体框架

卷包车间生产过程数据采集与集控系统从软件架构上可以分为四个层次，分别是数据采集层、数据通信层、集中监控层、信息集成层。总体软件体系结构如下图所示：

数据采集层通过原机控制终端或另配的数采站，实现各种设备现场数据的实时采集与本地监控。数据采集层可直接集成WEB应用功能（如现场管理、物流呼叫）。数据通信层实现现场数采站与数采服务器之间、现场数采站与集控系统之间的双向数据通信。部署在中控室数采服务器上。集中监控层通过部署在卷包中控室的软硬件设施，实时汇集各个机台的生产数据，实现车间管理人员对各个机台生产过程的集中监控功能。在本架构中，集中监控层是以INTOUCH组态软件为平台，实现对整个卷包生产过程的集中监控、调度指挥与统计分析，部署在集控终端上；同时，以wonderware公司的SuiteVoyager为平台，实现WEB功能，部署在WEB服务器上。信息集成层基于厂内局域网，实现卷包生产数据的归档、上传和展示，实现车间过程信息管理，实现与MES、物流等其他系统的集成。

1.1　数据采集层

该层的生产设备是由各种不同类型的现场设备组成。数据采集层针对不同设备特点，量身定制出相应的数据采集策略，实时采集各设备的生产、消耗、设备、质量等数据，并提供标准化的数据通信接口（OPC　DA2.0或以上通讯协议），以便I/O　Server以组态方式集中实现卷包车间所有设备现场数据的采集与存储。设备接口层是卷包车间生产过程数据采集与集控系统最重要和最基本的功能。其软件架构如下图所示。

1.2　数据通信层

现场数采站与数采服务器之间采用工业以太网连接，数据通信层实现现场数采站与数采服务器之间的双向数据交换。

1.3　集中监控层

集中监控层以数据采集为基础，以Wonderware的INTOUCH10.0

为核心，配备IndustrialSQL　Server（与MES系统共享）为历史数据库，以及SuiteVoyager2.6门户网站服务器，构建卷接包数据采集集控系统，分层次（工序、单元、机台）实时监控各工序/设备（车间、班组）的生产进度、生产的牌号、计划产量、当前产量；实时监控各生产设备运行状态、开停情况、故障次数、故障原因等运行情况；实时监控各生产环节加工质量及在线工艺控制水平，发现异常，及时报警；下达生产控制指令、指挥机台正确生产。

1.4　信息集成层

卷包车间生产过程数据采集与集控系统是企业信息化的一个重要组成部分，必须遵循企业信息化的总体规范和编码要求，实现与MES系统、制丝储丝、除尘风送、条烟输送、车间环境、物流、质检等系统的全面集成。

我采用先进成熟的技术手段，遵照国际通用的软硬件信息集成规范和企业统一采用的集成应用技术及平台，根据相关应用系统的业务需求，定制相应的信息集成接口应用服务逻辑，通过卷包车间生产过程数据采集与集控系统专用集成框架体系，灵活配置，并随着企业应用业务的扩展自动伸缩，实现企业整体信息化框架内的信息共享、业务模式变更随动与协同应用集成[3-6]。

2　关键技术

2.1　OPC技术

OPC全称是OLE　for　Process　Control，是过程控制业中的新兴标准，它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下，OPC标准应运而生。OPC以OLE/COM/DCOM机制作为应用程序级的通信标准，采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和互操作性[8]。

卷包车间生产过程数据采集与集控系统运用OPC技术，极大地简化了与设备通信的复杂性，提高了与设备通信的实时性，使系统具有极高的可维护性与可扩展性。

2.2　复杂报表统计技术

基于生产数据的统计报表，不再是简单的数据累加的过程，不但要从海量的生产历史数据中按照科学的采样运算模式抽取数据，还要提供灵活多样的方式，把各种业务数据相关连，实现层层数据挖掘的在线分析功能。

PEM提供一套可以应用于Wonderware?　Industrial　Application　Server的应用对象模板。当一个特定的生产事件发生时，每个PEM对象将一系列的生产属性记录下来。与每个对象有关的生产属性随着对象的功能而变化，获取必要的信息来描述生产事件。在这个过程中，系统可以间歇的运算并记录工艺分析要求的数据。

在SuiteVoyager门户内的PEM报表组件允许用户将生产历史与广泛的其它重要的工厂信息相关联，这些信息包括：实时和历史的生产数据，关键性能指标（KPIs），实时的统计过程控制（SPC）图表，设备停机信息，整体设备效率（OEE）计算和批量管理信息。

2.3　数采软件平台技术

卷包数采软件（数采站）设计的总目标是：实现现场数据的全面、实时、准确采集；现场操作界面友好，操作简单方便；良好的扩充性和可维护性。

虽然卷包数采设备型号千差万别，但软件功能基本上是相同的，采用通用的数采软件平台进行设计开发，可带来以下好处：1）保证了各设备数采软件界面风格一致，操作模式一致；2）采用模块化结构，大大加快了开发的速度，升级维护更加方便；3）遵循通用的接口标准，具有良好的扩充性和集成性。

2.4　集控软件平台技术

以Wonderware的INTOUCH10.0为核心，配备IndustrialSQL

Server（与MES系统共享）为历史数据库，以及SuiteVoyager

2.6门户网站服务器，构建卷接包数据采集集控系统，实现工厂自动化和信息架构的灵活统一。使用Wonderware产品，提供全新的一层实时数据获取、报警与事件管理、数据处理服务及协作开发功能，提高系统先进性和部署扩展的能力。

3　体会与建议

从目前烟草行业信息化建设的现状看，企业在部署信息化系统时，对整个企业的信息化缺乏统一规划。信息系统规划设计时，信息接口定义不够清晰，各系统功能划分不明确，　缺乏规范统一的数据交换规则。因此，卷包车间生产过程数据采集与集控系统项目的建设，应纳入到整个企业的信息化建设中，进行统一规划[1]。

从早期其它卷烟企业实施的数据采集系统看，数据采集与上传实时性都不高。我在设计卷包车间生产过程数据采集与集控系统项目时，充分运行了OPC、实时数据库等新技术，极大的提高了数采数据上传通讯时效性与车间过程管理功能界面的实时数据获取能力。

从系统的应用效果看，数据的利用效率不高，专业分析功能不够深入，可以考虑引进工业级实时数据存储与历史追溯以及SPC分析等技术，为操作层和管理层提供更加强有力的帮助。

4　结束语

卷烟企业卷包车间生产过程数据采集与集控系统在实施过程中，应建立有效的项目组织、配备相应的人员承担有关工作，明确分工，明确职责，这是工程成功的重要基础。同时，应充分借荐其它烟草企业的实施经验，不断进行改造完善[2]。

参考文献：

[1]接道良，卷包车间的自动数据采集系统，烟草科技，2005（7）：17-20.

[2]何善君、陈志平，卷包车间数据采集系统的设计与应用，烟草科技，2009（10）：26-29.

[3]陈建明、崔志明，烟草行业综合业务管理信息系统的设计与实现，苏州大学学报（自然科学），2002（18）：25-26.

[4]张思荣，烟草企业的信息化与电子商务，烟草科技，2002（5）：14-15.

[5]袁可风、袁茜，管理信息系统的开发与应用，江西科学，2001（19）：34-237.

[6]乐观、陈震峰、姚鹤，烟草行业网站信息动态与管理，烟草科技，2003（2）：8-11.

[7]王鹏，生产执行系统（MES）在烟草行业中的应用，烟草科技，2003（3）：15-17.

[8]OPC　FOUNDATION.Data　Access　Automation　Interface　Standard　Version　2.05.[DB/OL].[2002-06-28]　http：//.