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                煙草工業企業生產數據采集系統

                日期:2018-08-12 / 人氣: / 來源:未知

                我國煙草工業企業經過多年持續的技術改造和設備引進,在基礎自動化和過程自動化方面普遍采用了以PLC, FCS和IPC為代表的自動化技術。在管理自動化方面,已初步建立了以企業資源計劃系統(MRP II, ERP)為核心的管理信息系統。EPB中雖有生產控制模塊,但由于得不到制造過程實時信息的支持,并不能幫助和指導分析生產瓶頸,改進和控制產品質量,以及對具體的產品生產進行排產。各大煙草工業企業已充分認識到存在的問題,面向制造執行層的MES(制造執行系統)軟件的開發與應用已提上日程。實施MES,實現企業內制造系統和管理系統之間的信息無縫雙向流動,符合管控一體化。 生產數據采集系統 是現場自動化控制設備與管理層之間的信息紐帶,建立和完善自動生產數據采集系統已成為煙草工業企業信息化建設的重點。

                煙草行業

                本文以上海卷煙廠為例,介紹生產數據采集系統在煙草行業的實施情況,對系統實施過程中可能出現的有關問題進行探討。

                一、煙草工業企業生產數據采集系統的特點

                煙草工業企業的制絲設備控制系統屬于過程控制系統,卷包設備控制系統屬于運動控制系統。

                近年來,制絲設備的控制系統普遍采用了現場總線技術,形成分散控制、集中管理和監控的管控一體化模式。制絲流水線上沒有現場操作站,操作人員在控制室利用上位機進行集中監控。

                隨著現場總線和CNC控制技術的發展,一些最新引進的卷包設備采用IPC的SOFT-PLC技術替代了PLC控制,現場操作站采用標準計算機。卷包設備本身自動化程度較高,控制系統復雜,每臺設備都有單獨的控制系統和本地操作站。但由于卷包設備供應廠商較多,很多設備采用專用控制器,技術不開放,數據采集接口復雜,是煙草工業企業中信息化集成的難點。在新一代卷包設備中,各家設備供應商意識到生產數據采集的重要性,都提供標準的數據采集接口,因此,實施卷包生產數據采集系統變得相對容易。

                如果能夠實現生產數據采集替代人工數據錄人,及時、準確獲得生產現場產品質量情況,對質量控制十分有益。一般的檢測儀器配有串口用于輸出測試數據,只要儀器廠商提供通信協議,實施煙草檢測儀器的數據采集系統比較簡單。

                許多煙草工業企業建立了動能監控中心,但在沒有更進一步應用(如先進控制技術在鍋爐上的應用,動能設備的集中控制)的情況下,動能設備的生產數據采集沒有很大意義。

                二、生產數據采集系統實例

                上海卷煙廠數據生產數據采集系統由三個分系統組成:生產數據采集分系統、煙草檢測儀器數據采集分系統和動力能源數據采集分系統。每個分系統自成體系,有各自的廠級監控中心。各數據采集分系統的結構相似,只是復雜程度有所不同。

                生產數據采集分系統由制絲車間、卷包車間和膨絲車間等三個子系統組成。每個子系統以車間為單位分別建設,都建有車間級監控中心,并建有廠級生產監控中心。物流數據采集分散在各車間生產數據子系統中,不作為單獨的分系統存在?,F以生產數據采集分系統中最復雜的卷包子系統為例介紹系統結構。

                1.生產數據采集分系統結構

                卷包子系統的硬件架構分為四個層次,即現場層、車間監控層、廠級監控層和Intranet層??紤]到現有卷包設備種類繁多、各種數據庫系統異構情況突出、數據比較分散等實際狀況,采用分布式數據庫模式,軟硬件分步集成,實現了現場數據采集,車間、廠級二級監控與數據集成功能。

                現場層的各種設備采用不同的控制系統進行生產控制、實時生產數據采集和數據傳送。不同廠家的控制器不盡相同,提供的數據接口也不一樣,采取一臺上位機采集同一廠家多臺設備的生產數據。

                車間監控層由多臺PC組成,功能有:(1)提供車間級集中監控界面;(2)采集現場層的數據,存人本地數據庫;(3)為上一級監控系統提供數據接口。在車間監控層,用于數據采集的計算機稱為監控機(上位機)。根據現場層提供的數據采集接口技術的開放程度,監控機建設有兩種方案:(1)在通用監控軟件基礎上做二次開發;(2)由設備供應商提供監控系統。

                廠級監控層由數據庫服務器、監視計算機組成。監視計算機從車間監控層上位機采集數據完成監視功能,并向廠級數據庫服務器提供數據。每臺廠級數據服務器中有歷史和準實時兩個數據庫,準實時數據庫以數據更新形式提供當前生產狀況的準實時數據,歷史數據庫保存生產歷史數據。所有廠級數據庫服務器組成一個分布式數據庫,向數據倉庫提供數據,同時作為后臺數據庫以備Web Server調用。

                Intranet層由WEB服務器、數據倉庫和其他管理系統構成。WEB服務器負責接收全廠范圍內授權用戶的數據訪問請求,然后向數據庫服務器發出數據請求,得到響應后,傳送數據至用戶所在計算機。數據倉庫作為生產子系統的后臺數據倉庫,定時保存各數據采集服務器內歷史數據。

                2.生產數據采集分系統數據流說明

                各個生產數據采集子系統都將數據分為實時數據和歷史數據分別傳送到上一層。

                實時生產數據流采用數據刷新方式,實時數據經車間監控機、廠級監視計算機到達數據服務器的準實時數據庫,為其他系統提供準實時的數據服務。

                歷史數據流的處理較特殊,數據庫服務器的歷史數據庫的數據來源于車間監控層的歷史數據庫。廠級監視計算機不參與歷史數據流處理,它只起實時數據顯示和歷史數據中轉作用。這種歷史數據處理流程基于以下兩方面原因,一是歷史數據用于數據分析、挖掘,需要更高的可靠性,由于數據在上升時,其可靠性是下降的,為了達到高冗余、高可靠度的目的,數據服務器的歷史數據可直接從車間級監控機的歷史數據庫中恢復;二是由于數據上升時,實時性下降,服務器采用關系數據庫得不到與時間密切相關的過程數據,而這些過程數據多是制絲溫度、水分等一些十分重要的工藝狀態數據,因此必須在班末(批次末)從車間機監控機上的歷史數據庫中導人。

                三、實施生產數據采集系統需注意的問題

                1.生產數據采集系統規劃階段

                系統規劃的具體實施次序是根據其他系統數據應用的需求,而不是根據技術的成熟程度;將整個項目分成若干個小項目分期開發。實施的先后順序為:制絲設備、物流系統(包括高架庫、條煙、濾棒、原輔材料)、煙草檢測儀器、卷包設備和動能設備。對于沒有數據應用需求的數據采集項目,即使技術上已成熟,也可暫不實施。

                2.生產數據采集系統設計階段

                (1)嚴格限定生產數據采集項目的范圍。在設計調研時,特別是底層用戶所要求的內容往往超過實際需要,因此應嚴格限定數據采集系統的范圍,只為其他系統提供未經加工的基礎數據,否則項目擴大,管理需求多變,將難于完成。

                (2)明確采集數據內容。以采集有用數據作為數據是否需要采集的標準。例如用戶提出增加卷包設備的輔料消耗數據,而這些內容在底層控制器中沒有,給實施造成很大難度,且不能真正反映實際消耗情況。所以不便采集這些數據,但可從輔料供應系統取得更為準確的消耗數據。

                (3)由應用需求決定數據的實時性。生產數據采集系統的實時性由其他應用系統對數據實時性要求決定,因生產數據采集系統不參與控制層的控制,其實時性要求并不高。出于監控目的,用戶可能要求數據更新越快越好,但實時性提高會增加投資成本,故應以“夠用”為原則。

                (4)為統一數據源,從控制系統中采集數據時,應盡量避免補充測控系統。建立外掛的、獨立于設備控制系統的測控系統可解決數據采集接口不開放或沒有數據采集接口的困難。但它只適用于控制簡單的物流系統,對于復雜的控制系統如卷包設備,必定會導致采集的數據同設備控制系統的數據不一致。

                (5)適度的采集自動化。生產數據采集并不排斥數據的人工錄人,只要滿足對數據“及時、準確、完整”的要求即可。在某些沒有數據采集接口的情況下,先人工錄人以解決數據采集系統需要的數據,待設備更新或條件具備后,再實現數據采集的自動化。

                (6)技術方案符合標準。從保護投資和提高系統利用率出發,在設計階段決定方案時,應采用IT的標準,如標準的PC機,Ethernet TCP/IP,標準的關系數據庫等。

                (7)在技術條件允許的情況下,同時實施設備控制系統和數據采集系統。目的是加快數據采集系統實施進度,不受設備接口技術保密等因素影響。

                3.生產數據采集系統實施階段

                (1)選擇有經驗的HMI和SCADA系統集成商作為合作伙伴。雖然現在ERP軟件開發商和系統集成商自上向下的滲透,將其功能擴展到MES當中,但由于設備數據采集接口的復雜,由打軟件開發商和系統集成商實施數據采集項目并不合適。

                (2)選擇Intouch, iFix, Wince等監控軟件作為數據采集軟件,雖然成本可能較編程開發高,但因都是標準化成熟軟件,生產數據采集系統集成商只需做二次開發即可,在技術上不會遇到問題,實施周期短,可靠性高,維護也方便。這些軟件還提供很多附加功能,如在線的SPC質量控制軟件等,將來擴展也方便。

                (3)采集數據的篩選、過濾。由于上層管理系統對數據分辨率需求是下降的,故數據在上傳時需篩選、過濾。例如車間監控層需要監控設備的狀態信息,在數據上傳廠級監控層時,監控設備的狀態信息就可篩選掉,做到只有“有用”數據才上傳。

                4.生產數據采集系統運行階段

                數據采集子項目完成后,應立即投入使用,特別是無需人工干預的,通過網絡傳輸的自動數據采集,不經使用,就不能發現問題。對已正常使用的系統,即使有新的需求,修改也要慎重,要在相當長的時間內保證系統的穩定性,待新的需求穩定后,再做系統升級或完善的計劃。

                5.生產數據采集系統其他需注意的問題

                系統安全是實施生產數據采集系統必須考慮的問題。如硬件上生產網絡和管理網絡獨立,生產網絡提供統一出口與外部通信;還有Web的應用需考慮合理的管理權限等。

                自動數據采集會產生海量數據,導致數據存儲和回取使用的效率較低??梢酝ㄟ^使用如iHistori-an, IndustrialSgl等實時歷史數據庫解決海量存儲問題。

                為了準確分析某一時段內或某一時刻的生產狀況,統一整個生產數據采集系統時鐘十分必要。最好做到計算機時間同步,計算機與控制器時間同步。

                監控機要從PLC采集大量數據,在設計采集程序時,應盡可能把要傳送數據集中在一個連續塊地址。在采集時采用批傳送比單個傳送效率更高。在PLC中還需要有生產數據采集數據的緩沖,不會因為監控機故障或網絡鏈路中斷而導致數據丟失。




                作者:hzjuxadmin


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