開物組態軟件在印刷廠集中供墨計算機監控系統的設計與實現

　　摘要：隨著經濟的發展，媒體信息業近年來得到迅猛發展，報紙、雜志的發行量不斷擴大，人們對知識、信息的渴望也越來越強烈，對印刷品日益增長的需求給印刷行業帶來很大的發展，為印刷機的供墨環節急需解決自動化問題，同時對用墨量希望能有準確的計量，以便進行成本核算，提高工作效率和經濟效益。本文介紹了為太原高氏勞瑞油墨化學有限公司開發的面向大型印刷廠的集中供墨系統的計算機監控部分。該系統具有自動上墨、罐體容量檢測、油墨消耗量的日報和月報、油墨消耗的歷史趨勢以及油墨存量的上下限報警等功能。
　　關鍵詞：集中供墨，計算機監控，油墨消耗報表，油墨增加報表　　
　　隨著二十一世紀的到來，整個社會步入了一個飛速發展的階段，人們對各種知識、信息的需求也日益迫切。盡管從網絡上獲取信息快捷、方便，但還有更多的人們從報紙、書刊上獲取信息和知識。社會對印刷品需求量的驟然增加，必然需要印刷廠投入更多的人力物力，隨著競爭的不斷加劇，如何提高勞動生產率，降低消耗，提高經濟效益已成為各大印刷廠關注的焦點。在傳統的印刷過程中，單就油墨供應環節而言，大部分是由人工來完成，工作人員不僅要隨時檢查印刷機里油墨是否充足，而且，當需要對印刷機填充油墨時，使用的方法還是桶裝油墨全手工注入，顯而易見，這樣的方法不僅需要投入大量的人力，高負荷的勞動強度，而且桶裝油墨的成本高、價格貴。近年來，太原高氏勞瑞油墨化學有限公司率先在全國范圍內推廣集中供墨的理念，即將大量的油墨用墨罐車運送至印刷廠，并存儲在一個容量較大的墨罐中，墨罐又與印刷機通過管道相連接，需加墨的時候只需對管道閘門進行操作，通過壓力泵將油墨送到印刷機。并在集中供墨系統中加入了計算機監控系統，墨罐中的油墨剩余量、每個班組對各種油墨的消耗量等都可以通過網線在辦公室的計算機上進行顯示，并生成日報表和月報表。不但使印刷廠的油墨使用成本大大降低，而且減輕了勞動強度，節約了人力，成本效益核算更加容易，因而受到大多數印刷廠的歡迎，本文就是對該系統計算機監控部分的介紹。
　　1．系統功能與結構設計
　　印刷廠的集中供墨系統應該能夠對印刷過程中的油墨用量進行計量，生成日報表、月報表，并能對各油墨儲罐中的余墨存量進行檢測，對其液位和重量進行顯示，對油墨的儲量進行上下位報警，以便及時向儲罐中補充油墨，并在向罐中補充油墨時以防沖頂。
　　1.1 系統功能
　　(1) 通過稱重控制儀，重量傳感器， RS232/485轉換接口，將油罐中數據采集到計算機內，對數據進行整理，計算出單位時間油耗量并保存到數據庫；
　　(2) 當日的油墨耗量進行整理，生成日報表，以數據和曲線兩種格式顯示；
　　(3) 對當月的油墨耗量進行整理，生成月報表，以數據和曲線兩種格式顯示；
　　(4) 能對各油墨儲罐中的余墨存量進行檢測，對其液位和重量進行顯示。對油墨的儲量設置上下位報警，當油墨儲量低于下限時，顯示警報，提醒操作員及時給墨罐補充油墨，當向墨罐補充油墨時，當達到上限時，及時報警，以防沖頂。
　　(5) 當油耗量變化超出歷史標準的一定范圍時，顯示警報，提醒操作員對其進行檢查；
　　(6) 系統可以被連接到Internet，所有數據均可以被遠程查詢，對導出的數據資料進行加密，使其不能被修改，增加了數據的準確性；
　　(7) 系統管理員具有用戶權限管理功能，使不同的用戶具有對數據訪問的不同權限。
　　1.2 系統結構
　　系統中包含6個儲罐，分別有金紅、黃、藍、桃紅和2個黑墨罐，墨罐中油墨的重量由重量傳感器傳送至重量顯示儀表，再由重量顯示儀表輸出至上位計算機，通過上位計算機中集中供墨監控軟件，實現對現場數據的采集，并通過對采集的數據進行分析、整理、存儲，以報表、棒圖和曲線等形式顯示給操作人員，并可實現歷史數據的查詢與分析。
　　由于在數據采集時要對多個儲罐進行輪詢，再加上辦公室與印刷車間儲墨房距離較遠，因此，傳輸總線采用485總線，為此須在各顯示儀表和計算機端連接RS232/485轉換接口，系統的結構如圖1所示。
　　

　　2. 硬件設備選型
　　對硬件設備選擇的整體原則如下：1）讀數準確不易出現誤差；2）傳輸數據時確保不易受干擾；3）安裝過程簡便；4）價格便宜，以降低整個系統的初期投入成本。
　　2.1 稱重傳感器與稱重設備（天津華北衡器廠的SCS-5）
　　稱重器的選擇對整個系統至關重要，必須要求稱重數據準確，并且經久耐用，天津華北衡器廠生產的SCS-5型稱重傳感器具有以上特點，經過多家用戶反饋，有著良好的口碑，并且具有安裝過程簡便、價格便宜等優點，減少了初期投入的成本。
　　2.2 控制儀表（上海快捷cb-100）
　　上?？旖輈b-100型號的稱重控制器采用雙排顯示器，使讀數更加容易；全不銹鋼防腐屏蔽外殼，增加了儀表使用壽命，符合降低系統投入成倍的原則。并且具有日期、時間、永久走時；自動打印、手動打印選擇、累計打印；可置微打機、寬打機、標簽打印機等優點，可接入Rs232等多種接口設備（接口）。
　　2.3 Rs232/485接口（光電分離）
　　Rs232接口是最早應用于邏輯信號轉換為數字信號的接口之一，具有良好的穩定性、準確性，但其缺點是傳輸距離相對較短，只有50英尺左右，不能完成由油墨罐到計算機之間的數據傳輸。而Rs485接口恰恰克服了這個困難，它的傳輸距離可達4000英尺（折合3000米左右），因此，選擇Rs232/485轉換接口，將數字信號轉換為邏輯信號進行長距離傳輸，在終端將再進行一次由Rs232/485接口對邏輯信號到數字信號的轉換，最終通過Rs232接口將數字信號輸入到計算機當中。光電分離的優點是信號不容易被外界因素所干擾，確保了數據傳輸過程中的準確性。
　　2.4 計算機選型 （聯想啟天系列）
　　整個系統在數據采集過程中，如無特殊情況，將保持長時間連續工作狀態，這就要求對計算機的選擇必須具備可以長時間穩定運行的特點。聯想啟天系列商用計算機在經過大量測試之后，理論上具有連續運行50000小時的特點，并且具有獨特的硬盤保護措施，使得數據庫中的資料更加不容易丟失，確保了數據庫的安全。故本系統選擇聯想啟天系列計算機。
　　3. 軟件系統的開發
　　3.1 開發平臺的選擇
　　本系統的開發著重于對功能的實現和日后對本系統的日常維護以及功能升級。因此要求開發平臺具有強大的組態功能。能在大眾化的Windows98/2000/NT/XP環境下運行，能在網絡環境操作。
　　3.2 關于開物2000( controX2000)
　　controX2000北京圖靈開物技術有限公司開發的通用工業監控軟件開發平臺，具有組態軟件的功能，它融過程控制設計、現場操作以及工廠資源管理于一體，將一個企業內部的各種生產系統和應用以及信息交流匯集在一起，實現最優化管理。它基于Microsoft Windows 98、Windows 2000、Windows NT操作系統，內部采用真正的Client/Sever體系結構，用戶可以在企業網絡的所有層次的各個位置上都可以及時獲得系統的實時信息，無論是在控制現場還是在辦公室內，都可以進行交互式的操作，讓操作者和管理人員作出快捷有效的決策。采用controX2000通用監控軟件做工業監控工程，可以極大地增強用戶生產線能力、提高工廠的生產力和效率、提高產品的質量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設備的生產運營管理和故障診斷，到網絡結構的分布式大型集中監控管理系統的開發。
　　開物2000體系結構由開發環境、數據服務、驅動程序[庫]、運行環境構成。
　　開發環境（STUDIO）：是一個工程開發設計工具。用于創建監控虛擬現實場景（圖頁），監控設備及相關變量，動畫連接，設定運行系統配置等的系統組態。
　　數據服務（iCORE）：作為數據處理的核心，用于根據開發環境的設計進行與硬件設備通訊的調度和數據的加工處理以及網絡間數據的傳輸。
　　驅動程序庫（DRIVER）：負責與外部設備的數據信息交換，每一種通訊驅動程序支持相應類型的外部硬件設備。
　　運行環境（VIEW）：運行界面。從數據服務獲得通訊數據并顯示，并依據由開發環境的動畫設計顯示動畫畫面，現實人與控制設備的交互操作。
　　開物2000軟件的體系結構如圖2所示：
　　

　　圖2 開物2000體系結構

　　3.3基于開物2000的系統實現
　　利用開物2000開發平臺開發控制系統時的步驟如下：第一步：構建硬件系統的邏輯結構；第二步：定義標簽變量；第三步：規劃和繪制控制應用系統中的每個操作頁面，確定各控制操作頁面間的切換操作順序；第四步：為各個操作頁面中的相應操作按鈕編寫程序，完成所要求的操作。
　　1．構建硬件系統的邏輯結構。開物2000提供給開發人員提供了控制系統邏輯組態功能，開發人員根據控制系統的要求，選擇上位機和控制器的種類、型號以及數量，以便選擇適當的驅動程序，對現場數據進行采集。根據控制系統對上位機、控制器、傳感器的需要以及它們之間的關系，進行增加、減少，并對其進行適當的邏輯組織。
　　2．定義標簽變量。為控制系統中的數據采集定義編程所需的變量、中間變量、控制變量，顯示變量等。
　　3．規劃和繪制控制應用系統的每個操作界面，確定各控制操作頁面間的切換操作順序。對油墨監控系統，主界面中包括了進入控制系統和用戶管理系統，如圖3所示，控制流程圖界面如圖4所示：
　　

　　圖3 主界面

　　圖4 控制流程圖界面

　　圖5 用戶管理界面

　　 圖6 油墨消耗數據報表界面

　　在用戶管理界面，可實現用的登陸和注銷，也可通過系統管理員實現對用的管理，例如增加和刪除用戶、改變用戶的權限等。
　　在主控制界面，用戶可通過按鈕“加墨數據報表”、“耗墨數據報表”、“油墨重量實時曲線”、“重量數據報表”、“油墨消耗歷史趨勢圖”、“查看系統報警”和“返回首頁”切換到相應的操作界面。
　　4．編寫程序，完成相應操作。系統的主要功能就是采集數據，并記錄兩次數據采集數據間的差值作為這一階段的油墨消耗值。這一消耗值按照事件記錄在日報表中，當一天結束進入第二天時，累計當天的消耗量，把該消耗量按日寫入月報表中。日報表和月報表如圖6所示，用戶也可以選擇以前的日期來查看歷史數據。歷史數據保留的時間長短（現設置為一年），可由用戶在系統環境界面中設置。
　　5．程序實現中的關鍵。
　　系統程序主要有三部分構成：系統初始化、日期變更處理、數據采集與濾波數據，各部分之間的關系如圖7所示。在程序初始化部分主要考慮在機器開始時要等待一定時間，待系統穩定后再開始采集數據，盡管系統要求連續24小時開機，但如果由于停電等其他原因導致關機的話，數據如何處理也是該部分要考慮的內容；日期變更處理部分主要是考慮當日期發生變化時，對上一天的油墨用量或增加量進行累計求和，寫入月報表中；數據的采集和濾波部分主要考慮的在油墨數據采集過程中，由于墨泵房內人在稱量器上踩踏或其他原因導致的用墨量突然變化很大的情況，將其視為噪聲數據濾除掉。另外，由于所采用的控制儀表經常會出現高位數據丟失的現象，因而所采集進入計算機的數據也有很大的跳變，這些都要采用一定的策略進行過濾。
　　系統采用Delphi編程語言實現，數據庫采用Access，通過開物2000提供ODBC接口將數據自動存入數據庫中。
　　4. 系統的應用與維護
　　系統已經在重慶、西安、南京等多家報社印刷成應用，效果比較理想，用戶比較滿意。集中供模系統的應用不但減輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產率，而且是各個班組的生產成本能夠很快由計算機統計出來，對于降低報紙和印刷品的成本很有意義，因而受到大多數印刷廠的歡迎。
　　當然，任何系統在投入使用時，由于操作人員的不熟悉或者由于開發人員在編寫程序時針對具體的用戶要求考慮的不全面，在初始運行的一段時間內要根據用戶的要求對軟件進行修改，但該系統的用戶分散在全國各地，如果由開發人員去現場維護，必定在路上浪費時間且要花費較多費用，為了降低成本，我們通過網絡實現了遠程調式與維護，效果非常理想。
　　遠程維護主要通過三種途徑實現，一種是應用遠程控制軟件Pcanywhere來實現，第二種通過Windows的通訊功能中的“遠程桌面”來實現，第三種是通過QQ即時通訊軟件中的遠程控制來實現。這三種軟件我們在遠程調試中都采用過，感覺最方便的還是QQ即時通訊軟件。