1 系統(tǒng)概述

    卷接包數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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卷接包工序的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時、準確地采集現(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)，建立一個車間級的生產(chǎn)指揮調(diào)度中心。通過對各設(shè)備運行情況的實時監(jiān)控和分析，科學(xué)、及時地對現(xiàn)場生產(chǎn)進行調(diào)度指揮，確保生產(chǎn)的有序和可控。

2 卷包數(shù)采系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)架構(gòu)總體設(shè)計思路：多層架構(gòu)，分布部署，信息一體；數(shù)據(jù)驅(qū)動，雙流結(jié)合，無縫集成；模型驅(qū)動，產(chǎn)品設(shè)計，快速擴展；上下關(guān)聯(lián)，信息聯(lián)動，智能調(diào)度。

    在系統(tǒng)應(yīng)用部署上，分為設(shè)備采集接口層、業(yè)務(wù)處理與數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)表現(xiàn)層和信息集成層等多級應(yīng)用，底層為設(shè)備自動化層。

    在信息架構(gòu)上構(gòu)建企業(yè)級實時數(shù)據(jù)應(yīng)用集成和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用集成，分別滿足實時指揮調(diào)度與非實時業(yè)務(wù)管理的需要。

    實時數(shù)據(jù)以自動化控制點、實時數(shù)據(jù)交換平臺（OPC Server）為中樞，以企業(yè)級實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提供符合國際規(guī)范的OPC接口，滿足實時數(shù)據(jù)共享的需要；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以應(yīng)用數(shù)據(jù)庫（Oracle）、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換平臺（Web Service 技術(shù)、消息中間件技術(shù)平臺MQ）等為中樞，以企業(yè)級應(yīng)用服務(wù)或信息交換平臺為基礎(chǔ)，提供基于SOA架構(gòu)的企業(yè)集成能力，進行數(shù)據(jù)交換、海量存儲、數(shù)據(jù)處理等。

    采用通用模塊化、組件化、產(chǎn)品平臺化設(shè)計搭建系統(tǒng)框架。使用簡單“拖拉”操作和參數(shù)配置等形式，快速建模、部署和調(diào)整，使系統(tǒng)具備自適應(yīng)能力，加快系統(tǒng)的開發(fā)部署效率，提高系統(tǒng)的可維護性和擴展性。

    設(shè)計上采用業(yè)務(wù)模型組件架構(gòu)，對卷接包各上下游工序關(guān)鍵指標的相互作用和影響，建立可定量描述的數(shù)學(xué)模型和定性描述的邏輯模型；系統(tǒng)對采集上的各種參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)進行在線實時分析，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)算法，采用上下游設(shè)備關(guān)聯(lián)信息展現(xiàn)、告警提示等方式提醒車間過程調(diào)度管理人員，或提交調(diào)度策略預(yù)案，供調(diào)度管理人員選用。

    系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

    在卷包工序現(xiàn)場，為確保數(shù)據(jù)采集與車間過程管理體系的穩(wěn)定、高效，采用雙網(wǎng)架構(gòu)，設(shè)備數(shù)據(jù)采集與機臺現(xiàn)場管理隔離，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)采用西門子X400系列工業(yè)交換機為核心構(gòu)建數(shù)采工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)，現(xiàn)場管理網(wǎng)與企業(yè)信息管理網(wǎng)一致，采用以思科交換機組成的級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示。

4 設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)實現(xiàn)

    設(shè)備數(shù)據(jù)采集是該項目最重要和最基本的功能。針對不同設(shè)備特點，量身定制出相應(yīng)的數(shù)采策略，實時采集各設(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：

    4.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

    現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集由數(shù)采站軟件實現(xiàn)，通過其數(shù)據(jù)接口模塊從現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)接口上實時獲取各種原始數(shù)據(jù)，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊加工處理后形成有效的數(shù)據(jù)記錄。這些有效的數(shù)據(jù)記錄，一方面可以通過本地監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視；另一方面可以通過數(shù)據(jù)通信模塊，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送到數(shù)采服務(wù)器，形成全面準確的數(shù)采數(shù)據(jù)庫。

    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)采站軟件可以實時獲取設(shè)備的各種原始數(shù)據(jù)。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，是實現(xiàn)各種設(shè)備數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)和前提。

    4.1.2 數(shù)采接口模塊

    數(shù)據(jù)接口模塊的功能就是根據(jù)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)備上實時獲取原始數(shù)據(jù)。不同型號的設(shè)備，由于其設(shè)備數(shù)據(jù)接口不同，相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口模塊也不相同。

    數(shù)采站根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)接口協(xié)議要求，發(fā)送相應(yīng)指令給設(shè)備控制系統(tǒng)（PLC、SRM等），設(shè)備控制系統(tǒng)將相關(guān)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)返回給數(shù)采站，如下圖所示：

    只要真正了解了各種設(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，即可以快速實現(xiàn)其數(shù)據(jù)接口功能，全面快速準確獲取設(shè)備的原始數(shù)據(jù)。

    4.1.3 數(shù)采處理模塊

    數(shù)據(jù)處理的信息流程如下圖所示：

    數(shù)據(jù)處理模塊就是以從設(shè)備上獲取的原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過對數(shù)據(jù)進行解碼、分析和組織處理，最終形成各種有效、準確的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理是數(shù)采系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)，也是難度很大的一項技術(shù)。

    數(shù)據(jù)處理模塊的首要工作是對所接收的原始數(shù)據(jù)的解碼處理，數(shù)據(jù)解碼是一項非常復(fù)雜的過程，只有徹底了解了設(shè)備數(shù)據(jù)接口協(xié)議以后，才能從中獲取有效的數(shù)據(jù)。

    數(shù)據(jù)處理模塊的第二項任務(wù)就是對數(shù)據(jù)的加工、運算與處理。通過數(shù)據(jù)解碼所獲取的數(shù)據(jù)只能稱為“毛坯數(shù)據(jù)”，我們必須對這些數(shù)據(jù)進行大量的加工、運算和處理，才能形成有效的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

    數(shù)據(jù)處理模塊的最后一項任務(wù)就是對加工處理后的數(shù)據(jù)進行容錯性處理�，F(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境非常復(fù)雜，存在著各種異常因素造成數(shù)據(jù)的不真實或異常，這就要求系統(tǒng)具有很強的容錯性。在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，把可能遇到的錯誤和意外考慮周到，并根據(jù)系統(tǒng)測試和運行時的出錯癥狀及時完善系統(tǒng)。容錯性處理需要大量的實施經(jīng)驗和運行數(shù)據(jù)做支持，運用自適應(yīng)的智能處理算法，從原始數(shù)據(jù)中剔除不真實的數(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。

    4.1.4 數(shù)據(jù)通信

    負責(zé)數(shù)采站與應(yīng)用服務(wù)器間的數(shù)據(jù)雙向傳輸。其特點是：

    1）當數(shù)采網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器發(fā)生故障時，現(xiàn)場數(shù)據(jù)保存在本地；當恢復(fù)正常時，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（如所有包裝機組，不管是GDX1/X2、還是FOCKE、BE），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。

    4.2 數(shù)據(jù)通信平臺

    這是一個專門的卷接包數(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，以O(shè)PC工業(yè)通信標準發(fā)布，性能穩(wěn)定、擴充性強。

5 系統(tǒng)功能組成

    按照“全面數(shù)采、管控一體、聯(lián)動響應(yīng)、無縫集成”的總體設(shè)計思路，實現(xiàn)卷包車間數(shù)據(jù)采集、設(shè)備在線控制、生產(chǎn)調(diào)度指揮，為煙草制造行業(yè)提供統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)備基礎(chǔ)信息化管理與控制應(yīng)用軟件包，為卷包車間提供一個集生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量管理于一體的車間過程管控一體化系統(tǒng)軟件。

    本系統(tǒng)“專注于車間生產(chǎn)過程掌控，構(gòu)建車間級制造執(zhí)行體系”，系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)如下圖所示：

    5.1 系統(tǒng)軟件功能——設(shè)備控制與數(shù)據(jù)采集

    采用先進成熟合理的數(shù)據(jù)采集策略，實現(xiàn)卷接包工序各種設(shè)備現(xiàn)場數(shù)據(jù)的全面、準確、實時采集，構(gòu)建卷包設(shè)備基礎(chǔ)信息化管理與控制應(yīng)用軟件包，為各級管理提供應(yīng)用服務(wù)。

    5.2 系統(tǒng)軟件功能——機臺現(xiàn)場業(yè)務(wù)管理

    實現(xiàn)現(xiàn)場人員工作活動的管理，各種作業(yè)指令、作業(yè)標準直接下達到生產(chǎn)現(xiàn)場，指導(dǎo)生產(chǎn)，確保生產(chǎn)嚴格按照標準與計劃執(zhí)行；現(xiàn)場各種異常情況可以快速反饋到管理層，以便及時處理。

    5.3 系統(tǒng)軟件功能——集中監(jiān)控與調(diào)度管理

    對各設(shè)備生產(chǎn)運行情況進行在線監(jiān)視、控制、分析、報警、診斷，建立一個車間級的生產(chǎn)指揮調(diào)度中心，及時對現(xiàn)場生產(chǎn)進行調(diào)度指揮，確保生產(chǎn)的有序和可控；實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的協(xié)調(diào)管理、前后關(guān)聯(lián)工序的聯(lián)動控制與響應(yīng)、產(chǎn)品質(zhì)量的在線控制等，最終實現(xiàn)管理與控制的同步提升。

    5.4 系統(tǒng)軟件功能——車間過程信息化管理

    實現(xiàn)卷包生產(chǎn)過程信息事前規(guī)劃(生產(chǎn)標準、生產(chǎn)任務(wù)管理)、事中控制(標準執(zhí)行、在線處理、診斷與連鎖控制)、事后追溯(歷史追溯、對比分析、趨勢分析、綜合分析統(tǒng)計)，實現(xiàn)與企業(yè)級MES系統(tǒng)無縫銜接。

6 結(jié)束語

    本系統(tǒng)的建立應(yīng)用了先進的自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、軟件技術(shù)等，為管理人員提供了生產(chǎn)現(xiàn)場的各種實時信息，通過對生產(chǎn)中產(chǎn)生的各種基本數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)視，了解生產(chǎn)的最新進展，以便對生產(chǎn)過程實施有效控制；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)等異常情況及時報警提示，以便及早控制與處理，快速而容易地發(fā)現(xiàn)有關(guān)的事件和趨勢，并對將要發(fā)生的問題及時做出響應(yīng)。系統(tǒng)將卷接包生產(chǎn)過程進行全面管理，實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場無紙化、生產(chǎn)過程信息化、生產(chǎn)管理流程化。為卷接包生產(chǎn)車間提供一個掌控生產(chǎn)過程的管理工具，并與企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)相互補充、相得益彰，共同實現(xiàn)卷包車間的管理信息化工作。本系統(tǒng)具有高度的擴展性和穩(wěn)定性，維護方便。

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