1 系統概述

    卷接包數據采集系統是企業生產執行系統（MES）的重要組成部分，也是企業信息化的基礎。本系統建立了一套面向整個卷接包工序的現場設備數據采集系統，實時、準確地采集現場設備的各種生產、設備、質量、消耗數據，為企業各級管理提供卷包數據服務。以車間數據采集為基礎，建立一個車間級的生產指揮調度中心。通過對各設備運行情況的實時監控和分析，科學、及時地對現場生產進行調度指揮，確保生產的有序和可控。

2 卷包數采系統體系結構

    系統架構總體設計思路：多層架構，分布部署，信息一體；數據驅動，雙流結合，無縫集成；模型驅動，產品設計，快速擴展；上下關聯，信息聯動，智能調度。

    在系統應用部署上，分為設備采集接口層、業務處理與數據服務層、業務表現層和信息集成層等多級應用，底層為設備自動化層。

    在信息架構上構建企業級實時數據應用集成和業務數據應用集成，分別滿足實時指揮調度與非實時業務管理的需要。

    實時數據以自動化控制點、實時數據交換平臺（OPC Server）為中樞，以企業級實時數據為基礎，提供符合國際規范的OPC接口，滿足實時數據共享的需要；業務數據以應用數據庫（Oracle）、業務數據交換平臺（Web Service 技術、消息中間件技術平臺MQ）等為中樞，以企業級應用服務或信息交換平臺為基礎，提供基于SOA架構的企業集成能力，進行數據交換、海量存儲、數據處理等。

    采用通用模塊化、組件化、產品平臺化設計搭建系統框架。使用簡單“拖拉”操作和參數配置等形式，快速建模、部署和調整，使系統具備自適應能力，加快系統的開發部署效率，提高系統的可維護性和擴展性。

    設計上采用業務模型組件架構，對卷接包各上下游工序關鍵指標的相互作用和影響，建立可定量描述的數學模型和定性描述的邏輯模型；系統對采集上的各種參數和狀態數據進行在線實時分析，根據系統預設算法，采用上下游設備關聯信息展現、告警提示等方式提醒車間過程調度管理人員，或提交調度策略預案，供調度管理人員選用。

    系統體系結構如下圖所示。

3 系統網絡拓撲結構

    在卷包工序現場，為確保數據采集與車間過程管理體系的穩定、高效，采用雙網架構，設備數據采集與機臺現場管理隔離，數據采集網采用西門子X400系列工業交換機為核心構建數采工業光纖環網，現場管理網與企業信息管理網一致，采用以思科交換機組成的級聯網絡，其網絡拓撲結構如下圖所示。

4 設備數據采集技術實現

    設備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，量身定制出相應的數采策略，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：

    4.1 現場數據采集

    現場設備數據采集由數采站軟件實現，通過其數據接口模塊從現場設備的數據接口上實時獲取各種原始數據，再經數據處理模塊加工處理后形成有效的數據記錄。這些有效的數據記錄，一方面可以通過本地監控模塊、數據查詢模塊實現設備運行狀態及現場數據的實時監視；另一方面可以通過數據通信模塊，將現場數據傳送到數采服務器，形成全面準確的數采數據庫。

    4.1.1 設備數據接口

    設備數據接口是指設備本身能夠提供相應的數據輸出方式，使數采站軟件可以實時獲取設備的各種原始數據。通過對各種設備電控系統的分析和解剖，徹底了解其數據通信硬件接口方式和軟件數據交換協議，是實現各種設備數據采集的基礎和前提。

    4.1.2 數采接口模塊

    數據接口模塊的功能就是根據設備數據接口協議的要求，通過相應的硬件連接，從設備上實時獲取原始數據。不同型號的設備，由于其設備數據接口不同，相應的數據接口模塊也不相同。

    數采站根據設備數據接口協議要求，發送相應指令給設備控制系統（PLC、SRM等），設備控制系統將相關的現場數據返回給數采站，如下圖所示：

    只要真正了解了各種設備的數據接口特性，利用相關接口卡所提供的驅動程序，遵循設備數據接口協議，即可以快速實現其數據接口功能，全面快速準確獲取設備的原始數據。

    4.1.3 數采處理模塊

    數據處理的信息流程如下圖所示：

    數據處理模塊就是以從設備上獲取的原始數據為基礎，通過對數據進行解碼、分析和組織處理，最終形成各種有效、準確的現場數據。數據處理是數采系統的一項關鍵技術，也是難度很大的一項技術。

    數據處理模塊的首要工作是對所接收的原始數據的解碼處理，數據解碼是一項非常復雜的過程，只有徹底了解了設備數據接口協議以后，才能從中獲取有效的數據。

    數據處理模塊的第二項任務就是對數據的加工、運算與處理。通過數據解碼所獲取的數據只能稱為“毛坯數據”，我們必須對這些數據進行大量的加工、運算和處理，才能形成有效的現場數據。

    數據處理模塊的最后一項任務就是對加工處理后的數據進行容錯性處理�，F場生產環境非常復雜，存在著各種異常因素造成數據的不真實或異常，這就要求系統具有很強的容錯性。在系統的設計過程中，把可能遇到的錯誤和意外考慮周到，并根據系統測試和運行時的出錯癥狀及時完善系統。容錯性處理需要大量的實施經驗和運行數據做支持，運用自適應的智能處理算法，從原始數據中剔除不真實的數據，正確處理數據的日期、輪班；自動結帳處理等等。

    數據采集的最終結果是適應于管理需要的結構一致的數據記錄。

    4.1.4 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；當恢復正常時，自動將歷史數據上傳，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GDX1/X2、還是FOCKE、BE），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。

    4.2 數據通信平臺

    這是一個專門的卷接包數采數據通信平臺。該平臺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，以OPC工業通信標準發布，性能穩定、擴充性強。

5 系統功能組成

    按照“全面數采、管控一體、聯動響應、無縫集成”的總體設計思路，實現卷包車間數據采集、設備在線控制、生產調度指揮，為煙草制造行業提供統一規范的設備基礎信息化管理與控制應用軟件包，為卷包車間提供一個集生產、設備、質量管理于一體的車間過程管控一體化系統軟件。

    本系統“專注于車間生產過程掌控，構建車間級制造執行體系”，系統軟件功能結構如下圖所示：

    5.1 系統軟件功能——設備控制與數據采集

    采用先進成熟合理的數據采集策略，實現卷接包工序各種設備現場數據的全面、準確、實時采集，構建卷包設備基礎信息化管理與控制應用軟件包，為各級管理提供應用服務。

    5.2 系統軟件功能——機臺現場業務管理

    實現現場人員工作活動的管理，各種作業指令、作業標準直接下達到生產現場，指導生產，確保生產嚴格按照標準與計劃執行；現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 系統軟件功能——集中監控與調度管理

    對各設備生產運行情況進行在線監視、控制、分析、報警、診斷，建立一個車間級的生產指揮調度中心，及時對現場生產進行調度指揮，確保生產的有序和可控；實現生產任務的協調管理、前后關聯工序的聯動控制與響應、產品質量的在線控制等，最終實現管理與控制的同步提升。

    5.4 系統軟件功能——車間過程信息化管理

    實現卷包生產過程信息事前規劃(生產標準、生產任務管理)、事中控制(標準執行、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、綜合分析統計)，實現與企業級MES系統無縫銜接。

6 結束語

    本系統的建立應用了先進的自動化技術、計算機技術、通訊技術、軟件技術等，為管理人員提供了生產現場的各種實時信息，通過對生產中產生的各種基本數據信息進行監視，了解生產的最新進展，以便對生產過程實施有效控制；對生產過程中出現的設備故障或工藝質量問題、物流狀態等異常情況及時報警提示，以便及早控制與處理，快速而容易地發現有關的事件和趨勢，并對將要發生的問題及時做出響應。系統將卷接包生產過程進行全面管理，實現了生產現場無紙化、生產過程信息化、生產管理流程化。為卷接包生產車間提供一個掌控生產過程的管理工具，并與企業制造執行系統(MES)相互補充、相得益彰，共同實現卷包車間的管理信息化工作。本系統具有高度的擴展性和穩定性，維護方便。

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本文標題：ERP系統數據采集在卷接包生產過程的應用

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