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一、應用背景
卷接包數據采集係統是安徽中煙工業公司蕪湖卷煙廠“十五”重點技改工程項目之一，是企業生產執行係統（MES）的重要組成部分，也是企業信息化的基礎。本係統建立了一套麵向整個卷接包工序的現場設備數據采集係統，實時、準確地采集現場設備的各種生產、設備、質量、xiaohaoshuju，weiqiyegejiguanlitigongjuanbaoshujufuwu。yichejianshujucaijiweijichu，jianliyigechejianjideshengchanzhihuitiaoduzhongxin。tongguoduigeshebeiyunxingqingkuangdeshishijiankonghefenxi，kexue、及時地對現場生產進行調度指揮，確保生產的有序和可控。
該係統實現以下幾個目標：
1.實現卷接包工序各種設備現場數據的全麵、準確、實時采集；
2.實現現場管理的信息化，規範和強化現場管理；
3.以數據采集為基礎，搭建一個車間級的生產指揮調度中心，通過對設備運行情況、生產過程、產品質量的實時監控與分析，科學實時對生產進行指揮調度，確保生產的有序和可控；
4.實現與MES 係統等企業信息係統的全麵數據集成，最終實現製造數字化的總體目標。根據係統的總體建設目標，該係統主要功能包括數據采集、現場管理、過程監控以及MES 集成與執行。
二、係統解決方案
1、卷接包生產工藝流程
卷接包生產包括成型發射生產、卷煙生產、包裝生產、條煙輸送、裝箱生產，以及相關輔助係統如風力送絲係統、負壓除塵係統、儲絲櫃係統等。其生產流程圖如圖1 所示：
圖1 卷包生產工藝流程圖
2、卷包數采係統體係結構
卷包數采係統體係結構圖詳見圖2 所示。
圖2卷包數采係統體係結構圖
3、係統網絡拓撲結構
為確保網絡通訊的可靠性，卷包數采係統采用西門子OSM 為核心構建數采工業光纖環網，硬件拓撲結構如下圖（圖3）所示：
圖3 數采光纖環網拓撲結構圖
4、係統實現方案設計
現場數采站軟件運行在WINDOWS2000 PRO 平台上，采用VC 編程，主要包括現場設備數據采集、本地監控與終端漢化、現場管理等功能。
4.1 數據采集功能
數據采集是該項目最重要和最基本的功能。針對不同設備特點，量身定製出相應的數采策略，實時采集各設備的生產、消耗、設備、質量等數據。雖然卷包設備千差萬別，但其數采軟件處理都遵循以下流程（見圖4）：
圖4 數采軟件處理流程
設備數據接口是由設備電控係統完成的；數采裝置數據采集（數據接口和數據處理）、數據通信是由現場數采裝置完成的；數據收集和存儲、信息下發是由數據庫服務器上的數據通信平台完成的。
4.1.1 設備數據接口
設(she)備(bei)數(shu)據(ju)接(jie)口(kou)是(shi)指(zhi)設(she)備(bei)本(ben)身(shen)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)相(xiang)應(ying)的(de)數(shu)據(ju)輸(shu)出(chu)方(fang)式(shi)，使(shi)數(shu)采(cai)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)以(yi)實(shi)時(shi)獲(huo)取(qu)設(she)備(bei)的(de)各(ge)種(zhong)原(yuan)始(shi)數(shu)據(ju)。蕪(wu)湖(hu)卷(juan)煙(yan)廠(chang)大(da)部(bu)分(fen)卷(juan)包(bao)設(she)備(bei)已(yi)具(ju)備(bei)數(shu)據(ju)接(jie)口(kou)功(gong)能(neng)，部(bu)分(fen)設(she)備(bei)需(xu)要(yao)新(xin)增(zeng)或(huo)完(wan)善(shan)其(qi)數(shu)據(ju)接(jie)口(kou)功(gong)能(neng)，具(ju)體(ti)列(lie)表(biao)如(ru)下(xia)（見表1）：
通(tong)過(guo)對(dui)各(ge)種(zhong)設(she)備(bei)電(dian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)分(fen)析(xi)和(he)解(jie)剖(pou)，徹(che)底(di)了(le)解(jie)其(qi)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)硬(ying)件(jian)接(jie)口(kou)方(fang)式(shi)和(he)軟(ruan)件(jian)數(shu)據(ju)交(jiao)換(huan)協(xie)議(yi)，是(shi)實(shi)現(xian)各(ge)種(zhong)設(she)備(bei)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)的(de)基(ji)礎(chu)。同(tong)時(shi)，如(ru)果(guo)設(she)備(bei)本(ben)身(shen)不(bu)具(ju)備(bei)完(wan)整(zheng)的(de)數(shu)據(ju)接(jie)口(kou)功(gong)能(neng)，則(ze)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)相(xiang)關(guan)硬(ying)件(jian)設(she)備(bei)或(huo)修(xiu)改(gai)PLC 程序來提供數據接口功能。
4.1.2 數采裝置數據采集
shucaizhuangzhishujucaijishijuanbaoshucaixitongdehexin。baokuoshujujiekouheshujuchuliliangbufengongneng。shujujiekoujiushianzhaoshebeishujujiekouxieyideyaoqiu，tongguoxiangyingdeyingjianlianjie，congshebeishangshishihuoquyuanshishuju；數據處理就是以設備原始數據為基礎，按照一定規則進行處理，最終形成各種有效、準確、全麵的現場數據。
zhiyaoquanmianlejielegezhongshebeideshujujiekoutexing，liyongxiangguanjiekoukasuotigongdequdongchengxu，zunxunshebeishujujiekouxieyi，jikeyikuaisushixianqishujujiekougongneng。
數shu據ju處chu理li也ye是shi數shu采cai係xi統tong的de一yi項xiang關guan鍵jian技ji術shu，需xu要yao許xu多duo實shi施shi經jing驗yan支zhi持chi才cai能neng使shi數shu據ju的de處chu理li更geng加jia有you效xiao和he準zhun確que，例li如ru從cong原yuan始shi數shu據ju中zhong剔ti除chu不bu真zhen實shi的de數shu據ju，正zheng確que處chu理li數shu據ju的de日ri期qi、輪班；自動結帳處理等等。
數據采集的最終結果（數據處理的輸出）是適應於管理需要的結構一致的數據記錄。
4.1.3 數據通信
負責數采站與應用服務器間的數據雙向傳輸。其特點是：
1）當數采網絡和服務器發生故障時，現場數據保存在本地；當恢複正常時，自動將曆史數據上傳，確保數據的完整性。
2）同一型號設備（如所有包裝機組，不管是GD、還是B1），其數據通信模塊是相同的；不同設備類型之間的差異也非常小。
4.1.4 數據通信平台
這是一個專門的卷接包數采數據通信平台。該平台完成各數采站的數據收集和存儲以及相關信息的下發功能，性能穩定、擴充性強。
4.2 本地監控與終端漢化功能
在數據采集的基礎上，以圖形和表格等形式實現設備運行情況的本地監控與異常報警，指導現場操作和生產。包括概要圖顯示、故障報警、生產設備質量消耗實時（曆史）數據查詢、在線故障診斷幫助等功能。此外，GDX2 包裝機組和和B1 包裝機組數采站可以完全實現原設備顯示終端上的所有功能並進行漢化，可以替代原有顯示終端。
4.3 集中監控係統
在集中監控係統中采用 GE 的 Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監控軟件， 並利用iWebServer 通過 Web 服務器發布，客戶端可以使用標準 Web 瀏覽器看到 SCADA Server上的實時動態數據。上位監控計算機對整個卷接包生產過程，包括成型發射、卷接機、包裝機、條煙輸送、裝封箱機，以及相關輔助係統如風力送絲係統、負壓除塵係統、儲絲櫃係統等進行實時有效的監控。同時監控計算機和現場數采站通過和數據庫服務器的連接，具備了全線信息查詢的功能。
特色：
集中監控層采用了 GE 的 Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監控軟件，使得該項目在實施過程中能夠精確監視、控製整個卷包生產過程，優化生產設備和企業管理資源。並能對事件快速反映，減少原料消耗，提高生產效率。由於該係統采用 GE 的Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監控軟件，具有以下特色功能：
3D 化的圖形界麵:
Proficy HMI/SCADA - iFIX 提供了強大的繪圖功能，繪圖工具可以快速地創建所需的圖形動畫，根據需要可以調用豐富的位圖，基於 Proficy HMI/SCADA - iFIX 強大的繪圖功能，該係統采用了大量 3D 的圖形界麵。 根據生產線的工藝平麵布局和物料流向，通過形象的設備外形圖符方式模擬顯示係統狀態、操作模式、各個卷包設備和連接輔助設備的運行狀態、作業任務執行狀態以及各卷包機組生產牌名、生產班次、總產量、生產數據、重量數據、剔除數據、廢品數據、停機數據等當前值。
如下圖所示：
卷接包生產工藝概要圖
裝封箱機組平麵圖
條煙輸送平麵圖
儲絲櫃平麵圖
嘴棒發射機組平麵圖
使用 VBA 編輯具有向導功能頁麵:
該係統具有的向導功能頁麵指的是利用 VBA 代碼編寫的具有向導功能的頁麵。由於該係統未配置 Historian，所以係統設置兩台高性能的 PC 服務器實現冗餘配置。一方麵，集中監控計算機將現場采集的主要數據定時彙總存入數據庫服務器，提供製絲線控製係統對關鍵生產、設備、工藝數據的緩存能力，另一方麵，I/O 服務器提供的 OPC 2.0 服務又作為製造執行係統（MES）的生產實時數據的來源。由於生產執行係統需要下發生產計劃，和集中監控層存在一定的數據信息交互。在係統中利用 iFIX 提供的強大的 VBA 代dai碼ma編bian寫xie了le具ju有you向xiang導dao功gong能neng的de頁ye麵mian。通tong過guo該gai向xiang導dao，係xi統tong可ke以yi引yin導dao用yong戶hu完wan成cheng一yi係xi列lie複fu雜za的de信xin息xi交jiao互hu。前qian台tai的de表biao現xian形xing式shi都dou是shi簡jian單dan清qing晰xi的de圖tu形xing界jie麵mian，後hou台tai由you VBA 編寫代碼完成大量的數據交互，有效提高了係統的執行效率。
如下所示為一個流程的向導頁麵：
標簽組編輯器的大量運用:
由於在該係統中具有大量重複調用的頁麵，所以我們根據 Proficy HMI/SCADA - iFIX 提供的標簽組編輯器和VBA 代(dai)碼(ma)開(kai)發(fa)了(le)具(ju)有(you)組(zu)態(tai)功(gong)能(neng)的(de)圖(tu)符(fu)，當(dang)我(wo)們(men)打(da)開(kai)或(huo)切(qie)換(huan)畫(hua)麵(mian)時(shi)，係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)讀(du)取(qu)標(biao)簽(qian)組(zu)文(wen)件(jian)，並(bing)使(shi)用(yong)其(qi)中(zhong)所(suo)定(ding)義(yi)的(de)過(guo)程(cheng)值(zhi)替(ti)代(dai)圖(tu)中(zhong)的(de)標(biao)記(ji)。下(xia)圖(tu)為(wei)在(zai)該(gai)工(gong)程(cheng)中(zhong)大(da)量(liang)調(tiao)用(yong)的(de)電(dian)機(ji)頁(ye)麵(mian)，采(cai)用(yong)了(le) Proficy HMI/SCADA - iFIX 中 VBA 代碼、圖符、標簽組的功能。
監控係統係統 WEB 發布功能:
由於係統采用了 iWebServer，通過監控網絡和 Web 服務器提供的 Web 發布服務，集中監控係統可以將製絲線生產過程監控畫麵發布到相關的生產部門。用戶隻需通過 Web 瀏覽 器即可查看生產線總體狀態、主機設備監控畫麵、工藝參數的實時趨勢等生產過程信息， 發布的信息可以和監控係統的運行畫麵保持一致。
4.4 現場管理
現(xian)場(chang)管(guan)理(li)是(shi)企(qi)業(ye)信(xin)息(xi)化(hua)向(xiang)機(ji)台(tai)現(xian)場(chang)的(de)延(yan)伸(shen)，是(shi)規(gui)範(fan)生(sheng)產(chan)行(xing)為(wei)，強(qiang)化(hua)現(xian)場(chang)管(guan)理(li)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)手(shou)段(duan)。現(xian)場(chang)管(guan)理(li)軟(ruan)件(jian)功(gong)能(neng)開(kai)發(fa)的(de)宗(zong)旨(zhi)是(shi)使(shi)機(ji)台(tai)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)以(yi)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)操(cao)作(zuo)，實(shi)時(shi)錄(lu)入(ru)管(guan)理(li)所(suo)需(xu)的(de)各(ge)種(zhong)信(xin)息(xi)，同(tong)時(shi)全(quan)麵(mian)、直觀獲取現場生產所需的相關信息。主要包括現場數據錄入和現場信息查詢等兩大部分功能。
現場數據錄入主要包括質量自檢、維修請求、設備維護信息、設備運行狀態、換牌確認、交接班記錄等現場信息的錄入功能。是設備自動數據采集的補充，實現了現場管理的信息化。現場信息查詢主要包括生產計劃、換牌通知、生產調度指令、各(ge)機(ji)台(tai)產(chan)量(liang)對(dui)比(bi)情(qing)況(kuang)等(deng)信(xin)息(xi)的(de)查(zha)詢(xun)功(gong)能(neng)。通(tong)過(guo)該(gai)功(gong)能(neng)的(de)實(shi)施(shi)，確(que)保(bao)了(le)現(xian)場(chang)人(ren)員(yuan)嚴(yan)格(ge)按(an)標(biao)準(zhun)和(he)調(tiao)度(du)指(zhi)令(ling)進(jin)行(xing)生(sheng)產(chan)，加(jia)快(kuai)了(le)異(yi)常(chang)事(shi)件(jian)的(de)反(fan)饋(kui)處(chu)理(li)速(su)度(du)。當(dang)現(xian)場(chang)數(shu)采(cai)站(zhan)接(jie)收(shou)到(dao)重(zhong)要(yao)信(xin)息(xi)時(shi)，該(gai)信(xin)息(xi)將(jiang)立(li)即(ji)自(zi)動(dong)彈(dan)出(chu)。
4.4.1 現場數據錄入功能
數(shu)采(cai)係(xi)統(tong)除(chu)了(le)自(zi)動(dong)實(shi)時(shi)采(cai)集(ji)設(she)備(bei)上(shang)的(de)各(ge)種(zhong)現(xian)場(chang)數(shu)據(ju)外(wai)，還(hai)有(you)很(hen)多(duo)管(guan)理(li)所(suo)必(bi)需(xu)的(de)數(shu)據(ju)是(shi)要(yao)通(tong)過(guo)人(ren)工(gong)錄(lu)入(ru)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)采(cai)集(ji)的(de)，數(shu)采(cai)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)了(le)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)的(de)錄(lu)入(ru)功(gong)能(neng)。
1） 質量自檢數據的錄入
包括外觀檢驗情況和煙支重量數據等兩種。外觀數據包括檢驗時間、產品段、缺陷名稱、缺陷數量、處理措施等，機台人員隻要錄入相應的編號代碼（缺陷代碼、處理措施代碼等）及數量即可，操作簡單。
2） 維修請求、維修記錄及設備運行狀態的錄入
jitaichuxianshebeiguzhanghoukeyitongguojitaishucaizhanfachuweixiuqingqiu，weixiuqingqiujingfuwuqizhuansongdaoweidianban。yinci，zaiweidianbansheyouyigezhaxunzhongduan，gaizhaxunzhongduankeyishishijianshizhenggechejianshebeiyunxingzhuangkuang，zaijieshoudaoweixiuqingqiuhou，weixiugongkelijidaodaxianchangduiguzhangjinxingquerenheweixiu，shebeihuifuzhengchangyunxinghou，jiechuxiangyingdeqingqiubingluruxiangyingdeshebeiweixiujilu（故障現象、故障原因、維修時間、換件情況及維修結論等），維修時間是由係統自動計算的，在沒有授權情況下，維修工無權改動，確保了數據的客觀性。
為了更加準確地采集設備的運行狀態，機台上還提供了特殊設備運行狀態的錄入功能，這些狀態包括調度停機、設備調整、換牌、卷包不平衡（待料）、試用原輔料等。
3） 換牌確認
jitaihuanpaiqianjiangjieshoudaohuanpaitongzhi，jitairenyuanzaizuohaoxiangyingdehuanpaizhunbeigongzuobingkaishihuanpaishengchanshi，yinggaijinxingxiangyingdehuanpaiqueren。zheyangjiunengquebaoshujusuoduiyingpaihaodezhengquexing。
4） 交接班信息的錄入
錄入交接班信息、帶dai班ban長chang交jiao接jie班ban信xin息xi等deng數shu據ju。在zai大da量liang曆li史shi數shu據ju的de分fen析xi統tong計ji基ji礎chu上shang，我wo們men對dui交jiao接jie班ban信xin息xi進jin行xing了le歸gui類lei，錄lu入ru時shi隻zhi用yong選xuan擇ze相xiang應ying的de選xuan項xiang避bi免mian了le在zai機ji台tai上shang錄lu入ru漢han字zi。
4.4.2 現場信息查詢功能
1） 生產計劃情況查詢
查詢本機台所在資源組ERP 係統每天下發的生產計劃
2） 調度通知查詢
包括車間或各班長下發的各種調度通知的查詢、曆史通知記錄的查詢以及工藝調度通知、換牌通知等的查詢。
3） 各機台產量對比查詢
實時查詢各機台產量對比情況。
4） 機台維修記錄及維修經驗查詢
實時查詢本機台維修記錄及相關維修經驗支持。
三、 結論
2005 年10 月，蕪湖卷煙廠“十五”技ji改gai項xiang目mu通tong過guo總zong體ti驗yan收shou。該gai係xi統tong通tong過guo對dui卷juan接jie包bao生sheng產chan過guo程cheng中zhong產chan生sheng的de各ge種zhong基ji本ben數shu據ju信xin息xi進jin行xing監jian視shi，了le解jie生sheng產chan的de最zui新xin進jin展zhan，以yi便bian對dui生sheng產chan過guo程cheng實shi施shi有you效xiao控kong製zhi；對生產過程中出現的設備故障或工藝質量問題、wuliuzhuangtaidengyichangqingkuangjishibaojingtishi，yibianjizaokongzhiyuchuli。keyikuaisuerrongyidifaxianyouguandeshijianhequshi，bingduijiangyaofashengdewentijishizuochuxiangying，tongshijianggezhongkefenpeiziyuanyouxiaodifenpeigeizuixuyaodeshengchangongyiliuchengzhong。
本係統具有高度的擴展性和穩定性，維護方便。通過幾年來的使用和跟蹤觀察，GE Proficy HMI/SCADA – iFIX 至今運行安全、穩定、可靠、高效，標準的 VBA 語言，更體現了本係統的可擴展性與可維護性，對於當前越來越龐大和複雜的煙草自動化控製係統是一種非常好的解決方案。
關於GE 智能平台
GE 智能平台是一個提供高新技術的企業，它為世界各地的用戶提供用於自動化控製的軟件、硬件和技術服務以及嵌入式計算。我們為用戶提供一個獨特的，靈活的，超可靠的技術基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防禦，以及通訊等產業領域獲得持續的優勢。GE 智能平台是一家總部設在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業，是GE 企業解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪問：www.ge-ip.com。
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