基于工業(yè)控制計算機(jī)和總線技術(shù)實現(xiàn)卷接包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的設(shè)計

引言

工業(yè)自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)和信息技術(shù)對工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗和確保安全等目的的綜合性技術(shù)，包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三部分。目前，工業(yè)控制自動化技術(shù)不斷向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用越來越廣泛，為企業(yè)信息化建設(shè)提供了技術(shù)支持。

隨著中國加入WTO以后和工業(yè)自動化技術(shù)不斷發(fā)展，煙草市場的逐步開放。國外煙草巨頭憑借其顯著的品牌競爭優(yōu)勢不斷擠占中國市場，中國煙草業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。與此同時，煙草行業(yè)內(nèi)部改革力度也不斷加大，卷煙廠之間不斷整合，工商的分離，更是把煙草工業(yè)企業(yè)推上市場。煙草品牌競爭日趨激烈，面對經(jīng)濟(jì)一體化、煙草國際化、信息網(wǎng)絡(luò)化的新形勢，中國煙草企業(yè)面臨著日益加重的來自國內(nèi)外的雙重競爭。這場競爭不僅僅是人才、技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、服務(wù)和市場的競爭，更是一場管理思想、經(jīng)營理念的競爭。針對此種形勢，各卷煙廠都在加大信息化建設(shè)的步伐，爭取建立一個符合國際標(biāo)準(zhǔn)的、先進(jìn)的IT系統(tǒng)，創(chuàng)建一個CIMS支持的數(shù)字化工廠。

卷煙廠信息化總體建設(shè)一般分為三層結(jié)構(gòu)，上層為ERP（Enterprise Resourse Planning）系統(tǒng);中間層為MES（Manufacturing Execution System）系統(tǒng);底層為自動化集控系統(tǒng)。自動化集控系統(tǒng)共包括制絲集控系統(tǒng)、卷接包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)、物流集控系統(tǒng)、動力能源集控系統(tǒng)四部分。卷接包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)是聯(lián)系卷接包底層控制系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的樞紐，通過其與生產(chǎn)車間自動化集控系統(tǒng)的無縫集成，可以提高管理部門與生產(chǎn)執(zhí)行部門之間的協(xié)同工作能力，保證生產(chǎn)全過程的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，改善卷接包車間的生產(chǎn)管理水平，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的快速反應(yīng)與敏捷制造，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。本系統(tǒng)的主要適用對象是卷接包車間和相關(guān)職能部門的管理人員，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)卷包車間各類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)存儲功能、現(xiàn)場管理功能、機(jī)臺呼收功能、現(xiàn)場作業(yè)查詢，異常告警等功能，同時集成相關(guān)的其他系統(tǒng)，例如：物流集控系統(tǒng)、制絲集控系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等數(shù)據(jù)集成。

卷接包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)是采集反映卷煙、接嘴、包裝及輔助設(shè)備（包括濾嘴接收站、連接設(shè)備等）的實時運行狀態(tài)和生產(chǎn)狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)。采用先進(jìn)的計算機(jī)軟件和硬件技術(shù)，充分利用生產(chǎn)設(shè)備已有的數(shù)據(jù)采集和管理功能的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過對卷煙機(jī)、接嘴機(jī)、包裝機(jī)及配套設(shè)備控制系統(tǒng)的分析，對不滿足采集條件的局部檢測及控制設(shè)備進(jìn)行技術(shù)升級改造，實現(xiàn)全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集。

該系統(tǒng)由三部分組成：為系統(tǒng)提供硬件支撐的硬件系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)、開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件系統(tǒng)（見圖1）。

硬件系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、生產(chǎn)監(jiān)控終端和生產(chǎn)管理計算機(jī)組成。其中數(shù)據(jù)采集服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，由應(yīng)用服務(wù)器實現(xiàn)現(xiàn)場信息的上傳和下發(fā)功能。

卷煙廠卷接包車間每組卷接包設(shè)備中為卷煙機(jī)、包裝機(jī)和輔助設(shè)備各配備一個數(shù)據(jù)采集站。各配備一臺西門子工業(yè)控制計算機(jī)進(jìn)行設(shè)備本身檢測和控制部分的相關(guān)數(shù)據(jù)實時正確采集。再對各采集站進(jìn)行采集。

現(xiàn)場卷煙機(jī)或包裝機(jī)上各檢測和控制部分通過CAN總線和PROFIBUS-DP總線與MLP操作界面完成通信，所有要監(jiān)控的數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)實時采集到MLP上，各MLP監(jiān)控系統(tǒng)作為卷接包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的現(xiàn)場采集站，通過工業(yè)以太網(wǎng)把相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)送相應(yīng)的服務(wù)器進(jìn)行處理、存儲，管理人員通過對現(xiàn)場MLP操作界面和生產(chǎn)監(jiān)控終端對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和操作，從而實現(xiàn)生產(chǎn)管理的信息化、現(xiàn)場化和數(shù)字化。

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線時，從卷煙廠計算機(jī)中心的主交換機(jī)上引網(wǎng)絡(luò)光纜到卷接包車間中控室的主交換機(jī)上，再從中控室的主交換機(jī)引1000M網(wǎng)線到防火墻，從防火墻引網(wǎng)絡(luò)光纜到現(xiàn)場的工業(yè)以太網(wǎng)主交換機(jī)，工業(yè)以太網(wǎng)主交換機(jī)與現(xiàn)場其他帶光口的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)光纜組成光纖環(huán)網(wǎng)，現(xiàn)場不帶光口的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通過超五類線連接到就近的帶光口工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上，各采集站通過超五類線連接到工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上，從而組成整個網(wǎng)絡(luò)（見圖2）。

防火墻的應(yīng)用極大地提高了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全性，通過以防火墻為中心的安全方案配置，能將所有安全軟件（如口令、加密、身份認(rèn)證、審計等）配置在防火墻上。并通過過濾不安全的服務(wù)而降低風(fēng)險。由于只有經(jīng)過精心選擇的應(yīng)用協(xié)議才能通過防火墻，所以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變得更安全。

系統(tǒng)軟件

數(shù)據(jù)采集站軟件平臺的操作系統(tǒng)采用Windows XP Professional SP3。采集軟件采用Borland公司的面向?qū)ο箝_發(fā)軟件包delphi進(jìn)行開發(fā)。現(xiàn)場管理程序采用java進(jìn)行開發(fā)。監(jiān)控工作站軟件平臺采用 Wonderware，Invensys系統(tǒng)有限公司的Intouch10.0。服務(wù)器的操作系統(tǒng)采用MS Windows 2003企業(yè)版。管理軟件Web服務(wù)器軟件選用Tomcat;監(jiān)控系統(tǒng)Web發(fā)布績效管理軟件選用Wonderware，nvensys系統(tǒng)有限公司的 information server3.0，以滿足用戶能夠滿足訪問實時的生產(chǎn)與績效管理信息。

應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)選擇

應(yīng)用軟件共分三部分：數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控和現(xiàn)場管理。

根據(jù)卷煙廠的實際應(yīng)用環(huán)境，我們采用三層B/S應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，B/S（Browser/ Server模式）是隨著Internet技術(shù)的興起，對C/S結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)。在這種結(jié)構(gòu)下，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實現(xiàn)，軟件應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯完全在應(yīng)用服務(wù)器端實現(xiàn)，用戶表現(xiàn)完全在Web服務(wù)器實現(xiàn)，客戶端只需要瀏覽器即可進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)。大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

與傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)，B/S具有以下優(yōu)勢：建設(shè)初期一次性投入成本;有效地保護(hù)了原有硬件設(shè)備投資;便于以后擴(kuò)展與維護(hù)。

數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)方式選擇

采用遵循統(tǒng)一的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)即OPC Server的方式提供采集數(shù)據(jù)，OPC（OLE for Process Control）一種應(yīng)用于工業(yè)和商用領(lǐng)域的開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)可進(jìn)一步增強不同自動化設(shè)備生產(chǎn)商及計算機(jī)應(yīng)用制造商之間的互操作性。它是基于 Windows的OLE（Object Linking and Embededing）、COM（Component Object Model）和DCOM（Distributed COM）技術(shù)。不論過程中采用什么軟件和技術(shù)，OPC為各種各樣的過程控制設(shè)備之間進(jìn)行通訊提供了公用的接口，OLE/COM采用了一種客戶/服務(wù)器模式，具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點，OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種設(shè)備存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證了軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從底層的開發(fā)中脫離出來。采用OPC規(guī)范，在進(jìn)行過程控制的硬件、軟件配置時，由于卷煙廠現(xiàn)有硬件設(shè)備（服務(wù)器）具有符合OPC 規(guī)范的驅(qū)動程序，能為支持OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶軟件所用，使傳統(tǒng)的復(fù)雜配置變?yōu)楹唵巍?/p>

該系統(tǒng)目前在卷煙廠運行穩(wěn)定，煙草行業(yè)發(fā)展較快，變數(shù)較大，隨著該廠新進(jìn)設(shè)備的增加，隨時增加數(shù)據(jù)采集站，由于設(shè)計時考慮了符合MES系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集的要求，符合煙廠長期發(fā)展的信息化規(guī)劃這些因素，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，減輕了運行維護(hù)工作量。不同的卷煙廠，企業(yè)環(huán)境不同、總體化建設(shè)規(guī)范不同，對本系統(tǒng)的具體要求會有所不同。針對不同的卷煙廠需求，設(shè)計相應(yīng)的系統(tǒng)集成方案，滿足卷煙廠企業(yè)信息化建設(shè)總體規(guī)范。

結(jié)語

在對卷接包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，分別采用了工業(yè)以太網(wǎng)、數(shù)據(jù)交換、計算機(jī)信息、自動化儀器儀表和系統(tǒng)集成等自動化技術(shù)，成功實現(xiàn)了對卷煙廠卷接包車間自動化控制設(shè)備和檢測儀器儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和管理。使自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場得到了充分應(yīng)用，提高了企業(yè)信息化建設(shè)技術(shù)前沿性。

責(zé)任編輯：gt