基于工业控制计算机和总线技术实现卷接包数据采集管理系统的设计

引言

工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和信息技术对工业生产过程进行检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗和确保安全等目的的综合性技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三部分。目前，工业控制自动化技术不断向智能化、网络化和集成化方向发展。在工业现场的应用越来越广泛，为企业信息化建设提供了技术支持。

随着中国加入WTO以后和工业自动化技术不断发展，烟草市场的逐步开放。国外烟草巨头凭借其显著的品牌竞争优势不断挤占中国市场，中国烟草业面临严峻挑战。与此同时，烟草行业内部改革力度也不断加大，卷烟厂之间不断整合，工商的分离，更是把烟草工业企业推上市场。烟草品牌竞争日趋激烈，面对经济一体化、烟草国际化、信息网络化的新形势，中国烟草企业面临着日益加重的来自国内外的双重竞争。这场竞争不仅仅是人才、技术、产品质量、服务和市场的竞争，更是一场管理思想、经营理念的竞争。针对此种形势，各卷烟厂都在加大信息化建设的步伐，争取建立一个符合国际标准的、先进的IT系统，创建一个CIMS支持的数字化工厂。

卷烟厂信息化总体建设一般分为三层结构，上层为ERP（Enterprise Resourse Planning）系统;中间层为MES（Manufacturing Execution System）系统;底层为自动化集控系统。自动化集控系统共包括制丝集控系统、卷接包数据采集管理系统、物流集控系统、动力能源集控系统四部分。卷接包数据采集管理系统是联系卷接包底层控制系统与MES系统的枢纽，通过其与生产车间自动化集控系统的无缝集成，可以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，改善卷接包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，提高生产效率和产品质量。本系统的主要适用对象是卷接包车间和相关职能部门的管理人员，该系统能够实现卷包车间各类设备的数据采集功能、数据存储功能、现场管理功能、机台呼收功能、现场作业查询，异常告警等功能，同时集成相关的其他系统，例如：物流集控系统、制丝集控系统、ERP系统等数据集成。

卷接包数据采集管理系统是采集反映卷烟、接嘴、包装及辅助设备（包括滤嘴接收站、连接设备等）的实时运行状态和生产状态的各种数据。采用先进的计算机软件和硬件技术，充分利用生产设备已有的数据采集和管理功能的相关数据，通过对卷烟机、接嘴机、包装机及配套设备控制系统的分析，对不满足采集条件的局部检测及控制设备进行技术升级改造，实现全面准确的数据采集。

该系统由三部分组成：为系统提供硬件支撑的硬件系统，由操作系统、开发平台、数据库系统构成的系统软件，应用软件系统（见图1）。

硬件系统

该系统主要由现场数据采集站、数据采集网络、数据采集服务器、生产监控终端和生产管理计算机组成。其中数据采集服务器包括数据库服务器和应用服务器，由应用服务器实现现场信息的上传和下发功能。

卷烟厂卷接包车间每组卷接包设备中为卷烟机、包装机和辅助设备各配备一个数据采集站。各配备一台西门子工业控制计算机进行设备本身检测和控制部分的相关数据实时正确采集。再对各采集站进行采集。

现场卷烟机或包装机上各检测和控制部分通过CAN总线和PROFIBUS-DP总线与MLP操作界面完成通信，所有要监控的数据和检测数据实时采集到MLP上，各MLP监控系统作为卷接包数据采集管理系统的现场采集站，通过工业以太网把相应的检测数据送相应的服务器进行处理、存储，管理人员通过对现场MLP操作界面和生产监控终端对采集到的数据进行分析、处理和操作，从而实现生产管理的信息化、现场化和数字化。

在进行网络布线时，从卷烟厂计算机中心的主交换机上引网络光缆到卷接包车间中控室的主交换机上，再从中控室的主交换机引1000M网线到防火墙，从防火墙引网络光缆到现场的工业以太网主交换机，工业以太网主交换机与现场其他带光口的工业以太网交换机通过网络光缆组成光纤环网，现场不带光口的工业以太网交换机通过超五类线连接到就近的带光口工业以太网交换机上，各采集站通过超五类线连接到工业以太网交换机上，从而组成整个网络（见图2）。

防火墙的应用极大地提高了内部网络的安全性，通过以防火墙为中心的安全方案配置，能将所有安全软件（如口令、加密、身份认证、审计等）配置在防火墙上。并通过过滤不安全的服务而降低风险。由于只有经过精心选择的应用协议才能通过防火墙，所以网络环境变得更安全。

系统软件

数据采集站软件平台的操作系统采用Windows XP Professional SP3。采集软件采用Borland公司的面向对象开发软件包delphi进行开发。现场管理程序采用java进行开发。监控工作站软件平台采用 Wonderware，Invensys系统有限公司的Intouch10.0。服务器的操作系统采用MS Windows 2003企业版。管理软件Web服务器软件选用Tomcat;监控系统Web发布绩效管理软件选用Wonderware，nvensys系统有限公司的 information server3.0，以满足用户能够满足访问实时的生产与绩效管理信息。

应用软件

应用软件体系结构选择

应用软件共分三部分：数据采集、过程监控和现场管理。

根据卷烟厂的实际应用环境，我们采用三层B/S应用体系结构，B/S（Browser/ Server模式）是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种改进。在这种结构下，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，软件应用的业务逻辑完全在应用服务器端实现，用户表现完全在Web服务器实现，客户端只需要浏览器即可进行业务处理，是一种全新的软件系统构造技术。大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本。

与传统的C/S结构，B/S具有以下优势：建设初期一次性投入成本;有效地保护了原有硬件设备投资;便于以后扩展与维护。

数据采集实现方式选择

采用遵循统一的业界标准即OPC Server的方式提供采集数据，OPC（OLE for Process Control）一种应用于工业和商用领域的开放式工业标准，应用该标准可进一步增强不同自动化设备生产商及计算机应用制造商之间的互操作性。它是基于 Windows的OLE（Object Linking and Embededing）、COM（Component Object Model）和DCOM（Distributed COM）技术。不论过程中采用什么软件和技术，OPC为各种各样的过程控制设备之间进行通讯提供了公用的接口，OLE/COM采用了一种客户/服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点，OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种设备存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证了软件对客户的透明性，使得用户完全从底层的开发中脱离出来。采用OPC规范，在进行过程控制的硬件、软件配置时，由于卷烟厂现有硬件设备（服务器）具有符合OPC 规范的驱动程序，能为支持OPC标准的客户软件所用，使传统的复杂配置变为简单。

该系统目前在卷烟厂运行稳定，烟草行业发展较快，变数较大，随着该厂新进设备的增加，随时增加数据采集站，由于设计时考虑了符合MES系统对数据采集的要求，符合烟厂长期发展的信息化规划这些因素，系统扩展方便，减轻了运行维护工作量。不同的卷烟厂，企业环境不同、总体化建设规范不同，对本系统的具体要求会有所不同。针对不同的卷烟厂需求，设计相应的系统集成方案，满足卷烟厂企业信息化建设总体规范。

结语

在对卷接包数据采集管理系统进行设计时，分别采用了工业以太网、数据交换、计算机信息、自动化仪器仪表和系统集成等自动化技术，成功实现了对卷烟厂卷接包车间自动化控制设备和检测仪器仪表进行数据采集和管理。使自动化技术在工业生产现场得到了充分应用，提高了企业信息化建设技术前沿性。

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