GE Proficy HMI/SCADA - iFIX 在煙草卷接包數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應用

　　一、應用背景

　　卷接包數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是安徽中煙工業(yè)公司蕪湖卷煙廠“十五”重點技改工程項目之一，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。本系統(tǒng)建立了一套面向整個卷接包工序的現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時、準確地采集現(xiàn)場設備的各種生產(chǎn)、設備、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。以車間數(shù)據(jù)采集為基礎，建立一個車間級的生產(chǎn)指揮調(diào)度中心。通過對各設備運行情況的實時監(jiān)控和分析，科學、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。

　　該系統(tǒng)實現(xiàn)以下幾個目標：

　　1.實現(xiàn)卷接包工序各種設備現(xiàn)場數(shù)據(jù)的全面、準確、實時采集；

　　2.實現(xiàn)現(xiàn)場管理的信息化，規(guī)范和強化現(xiàn)場管理；

　　3.以數(shù)據(jù)采集為基礎，搭建一個車間級的生產(chǎn)指揮調(diào)度中心，通過對設備運行情況、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量的實時監(jiān)控與分析，科學實時對生產(chǎn)進行指揮調(diào)度，確保生產(chǎn)的有序和可控；

　　4.實現(xiàn)與MES 系統(tǒng)等企業(yè)信息系統(tǒng)的全面數(shù)據(jù)集成，最終實現(xiàn)制造數(shù)字化的總體目標。根據(jù)系統(tǒng)的總體建設目標，該系統(tǒng)主要功能包括數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場管理、過程監(jiān)控以及MES 集成與執(zhí)行。

　　二、系統(tǒng)解決方案

　　1、卷接包生產(chǎn)工藝流程

　　卷接包生產(chǎn)包括成型發(fā)射生產(chǎn)、卷煙生產(chǎn)、包裝生產(chǎn)、條煙輸送、裝箱生產(chǎn)，以及相關輔助系統(tǒng)如風力送絲系統(tǒng)、負壓除塵系統(tǒng)、儲絲柜系統(tǒng)等。其生產(chǎn)流程圖如圖1 所示：

　　圖1 卷包生產(chǎn)工藝流程圖

　　2、卷包數(shù)采系統(tǒng)體系結(jié)構

　　卷包數(shù)采系統(tǒng)體系結(jié)構圖詳見圖2 所示。

圖2卷包數(shù)采系統(tǒng)體系結(jié)構圖

　　3、系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構

　　為確保網(wǎng)絡通訊的可靠性，卷包數(shù)采系統(tǒng)采用西門子OSM 為核心構建數(shù)采工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)，硬件拓撲結(jié)構如下圖（圖3）所示：

圖3 數(shù)采光纖環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構圖

　　4、系統(tǒng)實現(xiàn)方案設計

　　現(xiàn)場數(shù)采站軟件運行在WINDOWS2000 PRO 平臺上，采用VC 編程，主要包括現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集、本地監(jiān)控與終端漢化、現(xiàn)場管理等功能。

　　4.1 數(shù)據(jù)采集功能

　　數(shù)據(jù)采集是該項目最重要和最基本的功能。針對不同設備特點，量身定制出相應的數(shù)采策略，實時采集各設備的生產(chǎn)、消耗、設備、質(zhì)量等數(shù)據(jù)。雖然卷包設備千差萬別，但其數(shù)采軟件處理都遵循以下流程（見圖4）：

圖4 數(shù)采軟件處理流程

　　設備數(shù)據(jù)接口是由設備電控系統(tǒng)完成的；數(shù)采裝置數(shù)據(jù)采集（數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)處理）、數(shù)據(jù)通信是由現(xiàn)場數(shù)采裝置完成的；數(shù)據(jù)收集和存儲、信息下發(fā)是由數(shù)據(jù)庫服務器上的數(shù)據(jù)通信平臺完成的。

　　4.1.1 設備數(shù)據(jù)接口

　　設備數(shù)據(jù)接口是指設備本身能夠提供相應的數(shù)據(jù)輸出方式，使數(shù)采裝置可以實時獲取設備的各種原始數(shù)據(jù)。蕪湖卷煙廠大部分卷包設備已具備數(shù)據(jù)接口功能，部分設備需要新增或完善其數(shù)據(jù)接口功能，具體列表如下（見表1）：

　　通過對各種設備電控系統(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)各種設備數(shù)據(jù)采集的基礎。同時，如果設備本身不具備完整的數(shù)據(jù)接口功能，則必須通過增加相關硬件設備或修改PLC 程序來提供數(shù)據(jù)接口功能。

　　4.1.2 數(shù)采裝置數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)采裝置數(shù)據(jù)采集是卷包數(shù)采系統(tǒng)的核心。包括數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)處理兩部分功能。數(shù)據(jù)接口就是按照設備數(shù)據(jù)接口協(xié)議的要求，通過相應的硬件連接，從設備上實時獲取原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理就是以設備原始數(shù)據(jù)為基礎，按照一定規(guī)則進行處理，最終形成各種有效、準確、全面的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

　　只要全面了解了各種設備的數(shù)據(jù)接口特性，利用相關接口卡所提供的驅(qū)動程序，遵循設備數(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。

　　數(shù)據(jù)處理也是數(shù)采系統(tǒng)的一項關鍵技術，需要許多實施經(jīng)驗支持才能使數(shù)據(jù)的處理更加有效和準確，例如從原始數(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（數(shù)據(jù)處理的輸出）是適應于管理需要的結(jié)構一致的數(shù)據(jù)記錄。

　　4.1.3 數(shù)據(jù)通信

　　負責數(shù)采站與應用服務器間的數(shù)據(jù)雙向傳輸。其特點是：

　　1）當數(shù)采網(wǎng)絡和服務器發(fā)生故障時，現(xiàn)場數(shù)據(jù)保存在本地；當恢復正常時，自動將歷史數(shù)據(jù)上傳，確保數(shù)據(jù)的完整性。

　　2）同一型號設備（如所有包裝機組，不管是GD、還是B1），其數(shù)據(jù)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(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信息的下發(fā)功能，性能穩(wěn)定、擴充性強。

　　4.2 本地監(jiān)控與終端漢化功能

　　在數(shù)據(jù)采集的基礎上，以圖形和表格等形式實現(xiàn)設備運行情況的本地監(jiān)控與異常報警，指導現(xiàn)場操作和生產(chǎn)。包括概要圖顯示、故障報警、生產(chǎn)設備質(zhì)量消耗實時（歷史）數(shù)據(jù)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(shù)采站可以完全實現(xiàn)原設備顯示終端上的所有功能并進行漢化，可以替代原有顯示終端。

　　4.3 集中監(jiān)控系統(tǒng)

　　在集中監(jiān)控系統(tǒng)中采用 GE 的 Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監(jiān)控軟件， 并利用iWebServer 通過 Web 服務器發(fā)布，客戶端可以使用標準 Web 瀏覽器看到 SCADA Server上的實時動態(tài)數(shù)據(jù)。上位監(jiān)控計算機對整個卷接包生產(chǎn)過程，包括成型發(fā)射、卷接機、包裝機、條煙輸送、裝封箱機，以及相關輔助系統(tǒng)如風力送絲系統(tǒng)、負壓除塵系統(tǒng)、儲絲柜系統(tǒng)等進行實時有效的監(jiān)控。同時監(jiān)控計算機和現(xiàn)場數(shù)采站通過和數(shù)據(jù)庫服務器的連接，具備了全線信息查詢的功能。

　　特色：

　　集中監(jiān)控層采用了 GE 的 Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監(jiān)控軟件，使得該項目在實施過程中能夠精確監(jiān)視、控制整個卷包生產(chǎn)過程，優(yōu)化生產(chǎn)設備和企業(yè)管理資源。并能對事件快速反映，減少原料消耗，提高生產(chǎn)效率。由于該系統(tǒng)采用 GE 的Proficy HMI/SCADA - iFIX 的監(jiān)控軟件，具有以下特色功能：

　　3D 化的圖形界面:

　　Proficy HMI/SCADA - iFIX 提供了強大的繪圖功能，繪圖工具可以快速地創(chuàng)建所需的圖形動畫，根據(jù)需要可以調(diào)用豐富的位圖，基于 Proficy HMI/SCADA - iFIX 強大的繪圖功能，該系統(tǒng)采用了大量 3D 的圖形界面。 根據(jù)生產(chǎn)線的工藝平面布局和物料流向，通過形象的設備外形圖符方式模擬顯示系統(tǒng)狀態(tài)、操作模式、各個卷包設備和連接輔助設備的運行狀態(tài)、作業(yè)任務執(zhí)行狀態(tài)以及各卷包機組生產(chǎn)牌名、生產(chǎn)班次、總產(chǎn)量、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、重量數(shù)據(jù)、剔除數(shù)據(jù)、廢品數(shù)據(jù)、停機數(shù)據(jù)等當前值。

　　如下圖所示：

卷接包生產(chǎn)工藝概要圖

　　裝封箱機組平面圖

　　條煙輸送平面圖

　　儲絲柜平面圖

嘴棒發(fā)射機組平面圖

　　使用 VBA 編輯具有向?qū)Чδ茼撁?

　　該系統(tǒng)具有的向?qū)Чδ茼撁嬷傅氖抢?VBA 代碼編寫的具有向?qū)Чδ艿捻撁妗Ｓ捎谠撓到y(tǒng)未配置 Historian，所以系統(tǒng)設置兩臺高性能的 PC 服務器實現(xiàn)冗余配置。一方面，集中監(jiān)控計算機將現(xiàn)場采集的主要數(shù)據(jù)定時匯總存入數(shù)據(jù)庫服務器，提供制絲線控制系統(tǒng)對關鍵生產(chǎn)、設備、工藝數(shù)據(jù)的緩存能力，另一方面，I/O 服務器提供的 OPC 2.0 服務又作為制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的來源。由于生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)需要下發(fā)生產(chǎn)計劃，和集中監(jiān)控層存在一定的數(shù)據(jù)信息交互。在系統(tǒng)中利用 iFIX 提供的強大的 VBA 代碼編寫了具有向?qū)Чδ艿捻撁妗Ｍㄟ^該向?qū)В到y(tǒng)可以引導用戶完成一系列復雜的信息交互。前臺的表現(xiàn)形式都是簡單清晰的圖形界面，后臺由 VBA 編寫代碼完成大量的數(shù)據(jù)交互，有效提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

　　如下所示為一個流程的向?qū)ы撁妫?/P>

　　標簽組編輯器的大量運用:

　　由于在該系統(tǒng)中具有大量重復調(diào)用的頁面，所以我們根據(jù) Proficy HMI/SCADA - iFIX 提供的標簽組編輯器和VBA 代碼開發(fā)了具有組態(tài)功能的圖符，當我們打開或切換畫面時，系統(tǒng)可以讀取標簽組文件，并使用其中所定義的過程值替代圖中的標記。下圖為在該工程中大量調(diào)用的電機頁面，采用了 Proficy HMI/SCADA - iFIX 中 VBA 代碼、圖符、標簽組的功能。

　　監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng) WEB 發(fā)布功能:

　　由于系統(tǒng)采用了 iWebServer，通過監(jiān)控網(wǎng)絡和 Web 服務器提供的 Web 發(fā)布服務，集中監(jiān)控系統(tǒng)可以將制絲線生產(chǎn)過程監(jiān)控畫面發(fā)布到相關的生產(chǎn)部門。用戶只需通過 Web 瀏覽 器即可查看生產(chǎn)線總體狀態(tài)、主機設備監(jiān)控畫面、工藝參數(shù)的實時趨勢等生產(chǎn)過程信息， 發(fā)布的信息可以和監(jiān)控系統(tǒng)的運行畫面保持一致。

　　4.4 現(xiàn)場管理

　　現(xiàn)場管理是企業(yè)信息化向機臺現(xiàn)場的延伸，是規(guī)范生產(chǎn)行為，強化現(xiàn)場管理的一個重要手段。現(xiàn)場管理軟件功能開發(fā)的宗旨是使機臺操作人員以最簡單的操作，實時錄入管理所需的各種信息，同時全面、直觀獲取現(xiàn)場生產(chǎn)所需的相關信息。主要包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入和現(xiàn)場信息查詢等兩大部分功能。

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入主要包括質(zhì)量自檢、維修請求、設備維護信息、設備運行狀態(tài)、換牌確認、交接班記錄等現(xiàn)場信息的錄入功能。是設備自動數(shù)據(jù)采集的補充，實現(xiàn)了現(xiàn)場管理的信息化。現(xiàn)場信息查詢主要包括生產(chǎn)計劃、換牌通知、生產(chǎn)調(diào)度指令、各機臺產(chǎn)量對比情況等信息的查詢功能。通過該功能的實施，確保了現(xiàn)場人員嚴格按標準和調(diào)度指令進行生產(chǎn)，加快了異常事件的反饋處理速度。當現(xiàn)場數(shù)采站接收到重要信息時，該信息將立即自動彈出。

　　4.4.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入功能

　　數(shù)采系統(tǒng)除了自動實時采集設備上的各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)外，還有很多管理所必需的數(shù)據(jù)是要通過人工錄入的方式來采集的，數(shù)采系統(tǒng)提供了這些數(shù)據(jù)的錄入功能。

　　1） 質(zhì)量自檢數(shù)據(jù)的錄入

　　包括外觀檢驗情況和煙支重量數(shù)據(jù)等兩種。外觀數(shù)據(jù)包括檢驗時間、產(chǎn)品段、缺陷名稱、缺陷數(shù)量、處理措施等，機臺人員只要錄入相應的編號代碼（缺陷代碼、處理措施代碼等）及數(shù)量即可，操作簡單。

　　2） 維修請求、維修記錄及設備運行狀態(tài)的錄入

　　機臺出現(xiàn)設備故障后可以通過機臺數(shù)采站發(fā)出維修請求，維修請求經(jīng)服務器轉(zhuǎn)送到維電班。因此，在維電班設有一個查詢終端，該查詢終端可以實時監(jiān)視整個車間設備運行狀況，在接收到維修請求后，維修工可立即到達現(xiàn)場對故障進行確認和維修，設備恢復正常運行后，解除相應的請求并錄入相應的設備維修記錄（故障現(xiàn)象、故障原因、維修時間、換件情況及維修結(jié)論等），維修時間是由系統(tǒng)自動計算的，在沒有授權情況下，維修工無權改動，確保了數(shù)據(jù)的客觀性。

　　為了更加準確地采集設備的運行狀態(tài)，機臺上還提供了特殊設備運行狀態(tài)的錄入功能，這些狀態(tài)包括調(diào)度停機、設備調(diào)整、換牌、卷包不平衡（待料）、試用原輔料等。

　　3） 換牌確認

　　機臺換牌前將接收到換牌通知，機臺人員在作好相應的換牌準備工作并開始換牌生產(chǎn)時，應該進行相應的換牌確認。這樣就能確保數(shù)據(jù)所對應牌號的正確性。

　　4） 交接班信息的錄入

　　錄入交接班信息、帶班長交接班信息等數(shù)據(jù)。在大量歷史數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計基礎上，我們對交接班信息進行了歸類，錄入時只用選擇相應的選項避免了在機臺上錄入漢字。

　　4.4.2 現(xiàn)場信息查詢功能

　　1） 生產(chǎn)計劃情況查詢

　　查詢本機臺所在資源組ERP 系統(tǒng)每天下發(fā)的生產(chǎn)計劃

　　2） 調(diào)度通知查詢

　　包括車間或各班長下發(fā)的各種調(diào)度通知的查詢、歷史通知記錄的查詢以及工藝調(diào)度通知、換牌通知等的查詢。

　　3） 各機臺產(chǎn)量對比查詢

　　實時查詢各機臺產(chǎn)量對比情況。

　　4） 機臺維修記錄及維修經(jīng)驗查詢

　　實時查詢本機臺維修記錄及相關維修經(jīng)驗支持。

　　三、 結(jié)論

　　2005 年10 月，蕪湖卷煙廠“十五”技改項目通過總體驗收。該系統(tǒng)通過對卷接包生產(chǎn)過程中產(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。可以快速而容易地發(fā)現(xiàn)有關的事件和趨勢，并對將要發(fā)生的問題及時做出響應，同時將各種可分配資源有效地分配給最需要的生產(chǎn)工藝流程中。

　　本系統(tǒng)具有高度的擴展性和穩(wěn)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(wěn)定、可靠、高效，標準的 VBA 語言，更體現(xiàn)了本系統(tǒng)的可擴展性與可維護性，對于當前越來越龐大和復雜的煙草自動化控制系統(tǒng)是一種非常好的解決方案。

　　關于GE 智能平臺

　　GE 智能平臺是一個提供高新技術的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制的軟件、硬件和技術服務以及嵌入式計算。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€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、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領域獲得持續(xù)的優(yōu)勢。GE 智能平臺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(yè)，是GE 企業(yè)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。