基于混合架構(gòu)的油脂生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制系統(tǒng)

王 莉，牛群峰，惠延波，趙 崢

（河南工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，鄭州 450000）

精確計(jì)量控制和網(wǎng)絡(luò)化管理是產(chǎn)品質(zhì)量、成本核算等企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的有力保障[1-2]。隨著先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)、信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)油脂企業(yè)已開始進(jìn)行信息化系統(tǒng)建設(shè)，最初是自動(dòng)發(fā)油控制系統(tǒng)，其后根據(jù)業(yè)務(wù)需要相繼實(shí)施了儲(chǔ)油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)、成品油管輸送計(jì)量系統(tǒng)以及成品油管理信息系統(tǒng)等[4-5]，摒棄了人工開票、手動(dòng)控泵等原始操作手段。但各系統(tǒng)之間信息相對(duì)孤立，各廠區(qū)的設(shè)備相互獨(dú)立，鮮有全廠的自動(dòng)化集成和綜合信息管理系統(tǒng)，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)和數(shù)據(jù)交換，企業(yè)無法集成各個(gè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，無法通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)又準(zhǔn)確地對(duì)銷售、倉(cāng)儲(chǔ)（入庫(kù)、庫(kù)存、出庫(kù)）、控制等環(huán)節(jié)進(jìn)行集中管控，隨時(shí)進(jìn)行企業(yè)生產(chǎn)效益盤點(diǎn)，銷售、油庫(kù)、包裝車間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供，設(shè)備的運(yùn)行情況監(jiān)控等工作，不利于提升整個(gè)企業(yè)的管控一體化水平。

本文分析了目前油脂加工廠中的計(jì)量控制部分和管理部分存在的問題，從客觀實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套安全可靠、自動(dòng)化程度高、通用性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

油脂生產(chǎn)領(lǐng)域涉及到許多環(huán)節(jié)的計(jì)量需求，主要包括原料計(jì)量、生產(chǎn)過程計(jì)量、油脂儲(chǔ)運(yùn)計(jì)量、油脂流通計(jì)量等。油脂生產(chǎn)環(huán)節(jié)中原料計(jì)量、生產(chǎn)過程計(jì)量主要以粉體物料計(jì)量管理控制為主，油脂儲(chǔ)存計(jì)量、油脂流通計(jì)量以液體計(jì)量管理控制為主。油脂生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制系統(tǒng)是集成粉體物料計(jì)量和液體計(jì)量全過程的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制系統(tǒng)，包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制平臺(tái)和原料計(jì)量、生產(chǎn)過程計(jì)量、油脂儲(chǔ)存計(jì)量、油脂流通計(jì)量等子系統(tǒng)。每一個(gè)計(jì)量子系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況配置液體計(jì)量模塊和粉體物料計(jì)量模塊的數(shù)量，將油脂生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中各類產(chǎn)品的計(jì)量信息集成至一個(gè)計(jì)量管理平臺(tái)，采用C/S與B/S混合架構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制，通過OPC（object linking and embedding（OLE）for process control）與控制器通信，進(jìn)行過程管理和故障診斷，最終通過總線和以太網(wǎng)將各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)即時(shí)發(fā)送至操作層管理計(jì)算機(jī)，通過局域網(wǎng)或者Internet將整個(gè)計(jì)量管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳至管理層計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（流量計(jì)、液位計(jì)、電液閥、油泵、溢油報(bào)警器、包裝秤、中間計(jì)量秤等）、現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)（粉體物料計(jì)量控制器、液體流量計(jì)量控制器、現(xiàn)場(chǎng)電氣控制柜等）和遠(yuǎn)程管理級(jí)（網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制平臺(tái)）三級(jí)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。全廠油脂生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 General structure of system

圖2 系統(tǒng)示意圖Fig.2 Structure of system

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)主要功能

（1）粉體物料計(jì)量控制

系統(tǒng)的粉體物料計(jì)量模塊能夠?qū)崟r(shí)采集粉體物料計(jì)量信息、包裝質(zhì)量、累計(jì)包數(shù)和設(shè)備狀態(tài)等信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)量過程監(jiān)控，信息存儲(chǔ)，信息查詢，報(bào)表打印等功能。

（2）液體計(jì)量控制

系統(tǒng)的液體計(jì)量控制模塊能夠完成油品計(jì)量過程的定量及非定量控制，實(shí)時(shí)采集油品溫度、油品密度、瞬時(shí)流量、累計(jì)質(zhì)量、靜電接地和溢油報(bào)警等狀態(tài)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)量過程監(jiān)控，信息存儲(chǔ)，信息查詢，報(bào)表打印等功能。

（3）計(jì)量信息管理監(jiān)控

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制平臺(tái)能完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀寫，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制；通過數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、調(diào)用、查詢各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可繪制出實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線及棒狀圖，滿足用戶生產(chǎn)過程、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的分析和改進(jìn)；能對(duì)各類油脂的生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)過程進(jìn)行精準(zhǔn)化計(jì)量，滿足各環(huán)節(jié)的計(jì)量要求，直接用于油脂生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

（4）IC 卡管理控制

系統(tǒng)的管理控制模式采用射頻智能卡實(shí)現(xiàn)操作過程管理和計(jì)量控制，在發(fā)卡處辦理發(fā)卡業(yè)務(wù)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要在關(guān)鍵計(jì)量設(shè)備上采用IC卡管理控制計(jì)量過程。

（5）計(jì)量成本核算

系統(tǒng)的成本核算功能是在軟件平臺(tái)中通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息的查詢，對(duì)油脂加工企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程中各種耗費(fèi)如實(shí)反映，將企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程中發(fā)生的各種耗費(fèi)按照一定的對(duì)象進(jìn)行分配和歸集，以計(jì)算總成本和單位成本。只要用戶輸入符合企業(yè)的計(jì)算公式，管理軟件會(huì)自動(dòng)生成成本核算單子，實(shí)現(xiàn)查詢和報(bào)表。

（6）信息查詢

系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)和管理站均可以實(shí)現(xiàn)按日期、時(shí)間進(jìn)行計(jì)量信息查詢，也可以按定量包裝的累計(jì)產(chǎn)量，發(fā)油量，報(bào)警信息的多少，日、月銷售額等進(jìn)行特殊查詢。上位機(jī)通過OPC獲取下位機(jī)的信息，通過ADO.NET將信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，供查詢和遠(yuǎn)程訪問。

（7）WEB 瀏覽

系統(tǒng)為用戶提供了便捷而豐富的遠(yuǎn)程信息服務(wù)功能，它將各類報(bào)警、產(chǎn)量、發(fā)油記錄、成本核算等信息資源整合在一起，使得用戶能夠在局域網(wǎng)，Internet上瀏覽、查詢和共享。

2.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

油脂生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)根據(jù)油脂加工廠的工藝流程，充分考慮發(fā)油、粉體計(jì)量要求及技術(shù)和業(yè)務(wù)人員的認(rèn)可，同時(shí)需具有高度的安全性和一定的可擴(kuò)展性。本系統(tǒng)選擇基于.NET平臺(tái)的Visual Studio 2008開發(fā)平臺(tái)。采用C/S與B/S混合架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，監(jiān)控軟件采用C/S模式，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全、高效地傳輸；公司內(nèi)部網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)，選擇B/S模式來訪問網(wǎng)絡(luò)化信息管理服務(wù)器。C/S與B/S混合體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。管理軟件整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 C/S與B/S混合體系結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of C/S and B/S mixed framework

圖4 管理軟件整體設(shè)計(jì)Fig.4 Software design of system

2.3 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯與交互設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)整體設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如設(shè)計(jì)不詳盡、不合理，將會(huì)引起諸多問題，甚至需要將數(shù)據(jù)庫(kù)重新設(shè)計(jì)。系統(tǒng)創(chuàng)建存儲(chǔ)油庫(kù)信息、發(fā)油操作記錄、倉(cāng)儲(chǔ)信息等各自對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)實(shí)體后，最后再對(duì)分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，通用的實(shí)體關(guān)系圖（E-R圖），如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)E-R圖Fig.5 E-R picture of system

數(shù)據(jù)庫(kù)交互設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上使用ADO.NET作為其訪問的接口，ADO.NET一方面連接了應(yīng)用程序，另一方面連接了數(shù)據(jù)源，使用ADO.NET的對(duì)象結(jié)合SQL就能訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，而且通過ODBC或OLEDB接口訪問的數(shù)據(jù)庫(kù)，也能通過ADO.NET來訪問[3]，利用ADO.NET的connection對(duì)象來與數(shù)據(jù)源建立連接，使用command對(duì)象發(fā)送執(zhí)行指令，讀取寫入數(shù)據(jù)使用DataReader對(duì)象與SQL語(yǔ)言配合完成數(shù)據(jù)庫(kù)的添加、修改等功能。本系統(tǒng)選擇使用SQL Server2005結(jié)合ADO.NET的模型實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)各項(xiàng)功能。

2.3.2 OPC通訊程序

OPC以O(shè)LE/COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器模式，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法。本系統(tǒng)采用OPC異步讀寫服務(wù)器/客戶端程序。異步通訊時(shí)，OPC客戶程序?qū)Ψ?wù)器進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)，OPC客戶程序請(qǐng)求后立刻返回，不用等待OPC服務(wù)器的響應(yīng)，可以進(jìn)行其他操作。相對(duì)于同步通訊，異步通訊的效率更高。

2.3.3 網(wǎng)頁(yè)發(fā)布

Internet信息服務(wù) IIS（internet information services）的主要功能就是負(fù)責(zé)將ASP.NET程序解釋成HTML送給瀏覽器顯示。設(shè)計(jì)步驟包括IIS的添加、IIS的運(yùn)行、對(duì)IIS進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置，選擇主目錄選項(xiàng)卡，選擇ASP.NET配置等過程。通用語(yǔ)言的基本庫(kù)、消息機(jī)制、數(shù)據(jù)接口的處理都能整合到ASP.net的Web應(yīng)用中。

油脂生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制系統(tǒng)部分運(yùn)行界面如圖6所示。圖6（a）為軟件運(yùn)行界面，圖6（b）為油脂儲(chǔ)運(yùn)數(shù)據(jù)查詢網(wǎng)頁(yè)，圖 6（c）為成本核算網(wǎng)頁(yè)。

圖6 系統(tǒng)軟件部分運(yùn)行界面Fig.6 Interface of software running system

3 結(jié)語(yǔ)

本文以某油脂加工企業(yè)生產(chǎn)過程為例，給出一種基于C/S與B/S混合架構(gòu)的油脂生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量管理控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。系統(tǒng)將油脂生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中各類產(chǎn)品的計(jì)量信息集成至一個(gè)計(jì)量管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)安全可靠、自動(dòng)化程度高、通用性強(qiáng)，具備操作簡(jiǎn)單、易用、直觀、易維護(hù)特點(diǎn)。該系統(tǒng)大大提高了企業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率和管控水平，消除信息孤島，為提高我國(guó)油脂加工企業(yè)計(jì)量智能化水平提供了一種有效的方法。該系統(tǒng)還可應(yīng)用于工業(yè)過程中其他需要在線精確計(jì)量和網(wǎng)絡(luò)化管理行業(yè)，應(yīng)用前景廣泛。

[1] 趙崢.油脂企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量控制系統(tǒng)研究[D].河南：河南工業(yè)大學(xué)，2013.

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[3] 李永明，李艷釗，劉勇，等.成品油油庫(kù)自動(dòng)化管理系統(tǒng)技術(shù)方案[J].中國(guó)勘察設(shè)計(jì)，2007（10）：66-68.

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