煙草卷接包生產設備主要輔材消耗數據采集的探索

摘 要 介紹南京卷煙廠為解決煙草卷接包生產設備主要輔材消耗數據不夠準確的問題，通過從設備電控系統端子排取信號及加裝光電傳感器檢測輔材，并將采集信號經PLC處理上傳服務器，從而提高了數據采集精度。

關鍵詞 數據采集；煙草；卷接包；消耗

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0082-03

2010年起國家煙草專賣局在全行業全面推進“卷煙上水平”，并開展“優秀卷煙工廠”創建活動，南京卷煙廠（以下簡稱“南煙）”作為首批評選試點單位（工廠）。南煙卷接包生產設備主要輔材實際消耗指標在行業內不領先，個別指標偏差，急需提升水平。近期打算解決輔材消耗數據不夠準確的問題，努力提高數據采集精度。

表1 “優秀卷煙工廠”評選標準中的卷接包主要輔材消耗指標要求

評價指標名稱 評分標準

單箱耗嘴棒量（支/箱） 10510以上得3分；10510～10485得4分；

10485（含）～10465得5分；低于10465得6分。

單箱耗盤紙量（米/箱） 2980以上得3分；2980～2975得4分；

2975（含）～2970得5分；低于2970得6分。

單箱耗商標紙量 （張/箱） 2510以上得3分；2510～2508得4分；

2508（含）～2505得5分；低于2505得6分。

1 當前現狀

1.1 設備電控

表2 南煙卷接包機組類別及型號

類別 卷接機型 包裝

機型 數量 備注

中速機組 PROTOS 70（ZJ17）、GD 121 GD X2（ZB45） 15 卷煙機電控已全部改為PLC

細支機組 PROTOS 1-8 GD X2 2 2012年初其中1組等待到貨

高速機組 GD 121PLUS GD H1000 3 2012年初其中1組正在調試

擬在中速機組（PROTOS 70、GD X2）上進行卷接包主要輔材消耗數據采集探索試點，如果試點效果比較理想再適時進行推廣。

1.1.1 卷接機

PROTOS 70（ZJ17）卷接機設備電控系統為PLC控制，在工控機上運行，操作系統為WIN XP。有輔材嘴棒、盤紙和水松紙的消耗統計，但采用的方法是在正常生產情況下通過產量換算減去剔除計算而得，未考慮跑條、手工盤車等異常情況。

一般情況下卷接輔材消耗統計精度在10‰左右，不能滿足實際管理需求。由于設備引進、改造的時機不盡相同，設備電控程序版本有很多種（版本有4.0.2.7、5.2.1.3、5.4.1.6、5.4.2.1、5.5.0.0、5.5.1.7、5.5.2.2、5.5.2.4），設備電控廠商不愿意單獨進行研發。

1.1.2 包裝機

GD X2（ZB45）包裝機設備電控系統為MICROⅡ，內部采用GDLAN專用協議，顯示界面為英文，部分機組進行了漢化。沒有主要輔材商標和條盒的消耗統計，只有產量和剔除數據，沒有手工盤車、紙堵塞等異常情況的統計。

生產較正常的情況下包裝輔材消耗統計精度在5‰左右，不能滿足實際管理需求。

由于設備電控技術掌握在國外原廠商手中，國內為技術引進，并且程序版本也有多種，改造難度大。

1.2 數采系統

南煙卷包數據采集系統于2009年10月驗收正式投入使用。數采系統建設時為保證實施效果，制定了“從設備電控取數，不額外加裝裝置”的原則，設備采集數據范圍限定為設備電器系統本身已具備的、不需要改造、可采集的。消耗統計數據與設備電控系統一樣。

1.2.1 卷接機

在設備操作終端（工控機）上的安裝數據采集軟件，采用智能偵聽方式，實時獲取設備操作終端上終端程序已有的各種數據。設備操作終端通過工業以太網與數采應用服務器相連，實現設備實時數據的自動采集。

圖1 PROTOS 70（ZJ17）數采系統采集方案示意圖

1.2.2 包裝機

在設備電控柜內安裝一臺數據采集器，通過數據采集器上的ARCNET網卡直接連入MICROII控制系統，使其成為GDLAN網絡的一個節點。數據采集器按照數據通信協議的規范向CNT發送數據請求指令和參數控制指令，同時根據該規范對所接收的數據包進行正確的處理，實現設備各種數據的實時采集。數據采集器通過工業以太網與數采應用服務器相連，實現設備實時數據的自動采集。

圖2 GD X2（ZB45）數采系統采集方案示意圖

1.3 要料系統

南煙輔材要料系統通過機臺操作工要料、AGV小車整托盤來送料，系統中有領用數據，并通過接口將單據傳遞到公司ERP系統中。但存在人工送料，零料不統計，未啟用虛擬退料的情況。

1.4 消耗統計

生產制造處會計在公司ERP系統中根據產量和領用量（含自動和人工領料）進行統計，缺乏科學和有效的手段進行精確統計，內部考核只到機臺未細分到班組。輔材消耗分析的精度、深度以及實時性都不能滿足實際管理需求。

1.5 探索試點

綜上現狀，如要實現消耗精確統計及可細分到班組等要求，則必須采用其他技術手段。

據了解行業內很多單位也在重點關注輔材消耗，只是成熟案例很少，各單位的機型不盡相同，實施單位也不同，與南煙現有數采系統不能完全兼容，尚不能直接拿來用。

經商討確定在南煙中速機組（PROTOS 70、GD X2）上進行卷接包主要輔材消耗數據采集探索試點，如果試點效果比較理想再適時進行推廣。endprint

2 技術方案

2.1 卷接機

從卷煙機電控系統端子排提取信號（車速、盤紙移動、跑條、總煙、嘴棒缺支、好煙、水松紙氣閥），接入采集信號整理板，經處理后再接入采集PLC。采集PLC對信號進行采集與計算。利用現有的數據采集系統的網絡、服務器和應用系統，上傳數據并進行展示。設計精度≤3‰。

圖3 PROTOS 70（ZJ17）輔材消耗采集方案示意圖

2.2 包裝機

從包裝機電控系統端子排提取信號（商標檢測），在商標、條盒傳輸通道上安裝對射式光電傳感器，在動作機構上安裝霍爾傳感器，接入采集信號整理板，經處理后再接入采集PLC。采集PLC對信號進行采集與計算。利用現有的數據采集系統的網絡、服務器和應用系統，上傳數據并進行展示。設計精度≤0.3‰。

圖4 GD X2（ZB45）輔材消耗采集方案示意圖

圖5 條盒傳感器安裝位置

2.3 網絡設計

利用現有數據采集系統的西門子光纖環網，上連廠中心機房。

3 測試結果

由相關部門組成測試小組，制定了較科學的詳細測試方案，分工細致、杜絕人為干擾因素，并對測試全過程進行監督，確保測試結果真實有效。共進行了四次測試，每次測試后都當場統計測試數據，之后深入分析測試結果，查找分析差異產生原因，并不斷完善。最后一次的測試結果比較好，各品種輔材消耗采集精度均達到試點精度要求，并能滿足內部管理需求。具體如下。

1）卷接機，見表3。

表3 卷煙機輔材實測精度統計表

序號 輔材名稱 單位 電控值 數采值 實測值 設計

精度‰ 實測精度‰

1 嘴棒 支 258826 258826 258806.8333 ≤3 -0.07

2 盤紙 米 93165 93319 93296.60 ≤3 -0.24

3 水松紙 米 20930 20966 20963.66 ≤3 -0.11

注：實測精度={（實測值-電控值）/實測值}*1000

2）包裝機，見表4。

表4 包裝機輔材實測精度統計表

序號 輔材

名稱 單位 電控值 數采值 實測值 設計精度‰ 實測精度‰

1 商標 張 81176 80985 80982 ≤0.3 -0.04

2 條盒 張 8067 8067 8067 ≤0.3 0.00

注：實測精度={（實測值-電控值）/實測值}*1000

4 結束語

本次卷接包主要輔材消耗數據采集的探索，充分利用了南煙現有數據采集系統，除從設備電控端子排接線、額外加裝光電傳感器和采集用PLC、增加消耗采集數據點外，未改變現有系統和操作流程。系統運行穩定可靠，數據采集精度高、實時傳送。數據有歷史匯總，方便統計分析。通過試點獲得了第一手有效數據，為后期工作開展打下扎實基礎。

雖說取得了一定成效，但是仍有不少待改進的地方。從技術方面來說，光電傳感器安裝位置的合理性、可維護性及考慮如何減少粉塵等不可抗因素對于采集精度的影響，需要在今后實踐中加以完善。試點只在一套中速機組上進行，推廣到所有中速機時是否存在差異性，如PROTOS 1-8；高速機上未做試驗，隨著設備的逐步引進，高速機將占主導地位，是否也能有效采集，尚待檢驗。從管理方面來說，廠生產制造處將根據內部管理需求提煉出數據統計分析等新的功能要求，從而形成程序開發管理新需求。

另外，全行業持續開展卷煙全面上水平，南煙2012年剛成為創優標兵，將面臨著保優、提優的壓力，行業和公司的新要求也將形成系統不斷完善、應用不斷深入的輸入來源。

參考文獻

[1]沈蘭蓀.數據采集技術[M].北京：中國科學技術大學出版社，1990.

[2]肖忠祥，孟開無，等.數據采集原理[M].西安：西北工業大學出版社，2001.

[3]陳鍊.數據采集方法[M].北京：中國審計出版社，2001.

[4]周秀云，等.光電檢測技術及應用[M].北京：電子工業出版社，2009.

[5]王華忠.監控與數據采集（SCADA）系統及其應用[M].北京：電子工業出版社，2010.

[6]接道良.煙草企業自動數據采集系統的研究與實踐[J].自動化儀表，2006，27（3）：52-55.

[7]陳華斌.數據采集系統在卷接包生產中的應用[J].自動化博覽.2007，2（1）：50-52.

[8]師武旗，李學軍.卷接包數據采集管理系統的設計[J].電子產品世界，2010（3）：40-41，68.

[9]李新建，等.卷包車間生產過程數據采集與集控系統[J].硅谷，2012（21）：89-90.

[10]龐曉暉，等.高速數據采集系統的設計與實現[J].儀器儀表學報，2000，21（3）：297-300.

[11]何善君，陳志平.卷包車間數據采集系統的設計與應用[J].煙草科技，2009（10）：26-29.

[12]嚴鵬飛.淺談煙草企業卷包數采系統與煙機設備自身電控采集系統的原理與特點[J].企業技術開發，2012，31（4-7）：3-5.

作者簡介

蔣華元（1972-），江蘇泰興人，工程師，從1999年9月起一直從事信息化工作，參與企業ERP項目建設，負責數采系統和生產制造執行系統的建設，負責多個系統的運維和管理，研究方向：企業信息化應用。endprint

2 技術方案

2.1 卷接機

從卷煙機電控系統端子排提取信號（車速、盤紙移動、跑條、總煙、嘴棒缺支、好煙、水松紙氣閥），接入采集信號整理板，經處理后再接入采集PLC。采集PLC對信號進行采集與計算。利用現有的數據采集系統的網絡、服務器和應用系統，上傳數據并進行展示。設計精度≤3‰。

圖3 PROTOS 70（ZJ17）輔材消耗采集方案示意圖

2.2 包裝機

從包裝機電控系統端子排提取信號（商標檢測），在商標、條盒傳輸通道上安裝對射式光電傳感器，在動作機構上安裝霍爾傳感器，接入采集信號整理板，經處理后再接入采集PLC。采集PLC對信號進行采集與計算。利用現有的數據采集系統的網絡、服務器和應用系統，上傳數據并進行展示。設計精度≤0.3‰。

圖4 GD X2（ZB45）輔材消耗采集方案示意圖

圖5 條盒傳感器安裝位置

2.3 網絡設計

利用現有數據采集系統的西門子光纖環網，上連廠中心機房。

3 測試結果

由相關部門組成測試小組，制定了較科學的詳細測試方案，分工細致、杜絕人為干擾因素，并對測試全過程進行監督，確保測試結果真實有效。共進行了四次測試，每次測試后都當場統計測試數據，之后深入分析測試結果，查找分析差異產生原因，并不斷完善。最后一次的測試結果比較好，各品種輔材消耗采集精度均達到試點精度要求，并能滿足內部管理需求。具體如下。

1）卷接機，見表3。

表3 卷煙機輔材實測精度統計表

序號 輔材名稱 單位 電控值 數采值 實測值 設計

精度‰ 實測精度‰

1 嘴棒 支 258826 258826 258806.8333 ≤3 -0.07

2 盤紙 米 93165 93319 93296.60 ≤3 -0.24

3 水松紙 米 20930 20966 20963.66 ≤3 -0.11

注：實測精度={（實測值-電控值）/實測值}*1000

2）包裝機，見表4。

表4 包裝機輔材實測精度統計表

序號 輔材

名稱 單位 電控值 數采值 實測值 設計精度‰ 實測精度‰

1 商標 張 81176 80985 80982 ≤0.3 -0.04

2 條盒 張 8067 8067 8067 ≤0.3 0.00

注：實測精度={（實測值-電控值）/實測值}*1000

4 結束語

本次卷接包主要輔材消耗數據采集的探索，充分利用了南煙現有數據采集系統，除從設備電控端子排接線、額外加裝光電傳感器和采集用PLC、增加消耗采集數據點外，未改變現有系統和操作流程。系統運行穩定可靠，數據采集精度高、實時傳送。數據有歷史匯總，方便統計分析。通過試點獲得了第一手有效數據，為后期工作開展打下扎實基礎。

雖說取得了一定成效，但是仍有不少待改進的地方。從技術方面來說，光電傳感器安裝位置的合理性、可維護性及考慮如何減少粉塵等不可抗因素對于采集精度的影響，需要在今后實踐中加以完善。試點只在一套中速機組上進行，推廣到所有中速機時是否存在差異性，如PROTOS 1-8；高速機上未做試驗，隨著設備的逐步引進，高速機將占主導地位，是否也能有效采集，尚待檢驗。從管理方面來說，廠生產制造處將根據內部管理需求提煉出數據統計分析等新的功能要求，從而形成程序開發管理新需求。

另外，全行業持續開展卷煙全面上水平，南煙2012年剛成為創優標兵，將面臨著保優、提優的壓力，行業和公司的新要求也將形成系統不斷完善、應用不斷深入的輸入來源。

參考文獻

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[5]王華忠.監控與數據采集（SCADA）系統及其應用[M].北京：電子工業出版社，2010.

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[8]師武旗，李學軍.卷接包數據采集管理系統的設計[J].電子產品世界，2010（3）：40-41，68.

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[10]龐曉暉，等.高速數據采集系統的設計與實現[J].儀器儀表學報，2000，21（3）：297-300.

[11]何善君，陳志平.卷包車間數據采集系統的設計與應用[J].煙草科技，2009（10）：26-29.

[12]嚴鵬飛.淺談煙草企業卷包數采系統與煙機設備自身電控采集系統的原理與特點[J].企業技術開發，2012，31（4-7）：3-5.

作者簡介

蔣華元（1972-），江蘇泰興人，工程師，從1999年9月起一直從事信息化工作，參與企業ERP項目建設，負責數采系統和生產制造執行系統的建設，負責多個系統的運維和管理，研究方向：企業信息化應用。endprint

2 技術方案

2.1 卷接機

從卷煙機電控系統端子排提取信號（車速、盤紙移動、跑條、總煙、嘴棒缺支、好煙、水松紙氣閥），接入采集信號整理板，經處理后再接入采集PLC。采集PLC對信號進行采集與計算。利用現有的數據采集系統的網絡、服務器和應用系統，上傳數據并進行展示。設計精度≤3‰。

圖3 PROTOS 70（ZJ17）輔材消耗采集方案示意圖

2.2 包裝機

從包裝機電控系統端子排提取信號（商標檢測），在商標、條盒傳輸通道上安裝對射式光電傳感器，在動作機構上安裝霍爾傳感器，接入采集信號整理板，經處理后再接入采集PLC。采集PLC對信號進行采集與計算。利用現有的數據采集系統的網絡、服務器和應用系統，上傳數據并進行展示。設計精度≤0.3‰。

圖4 GD X2（ZB45）輔材消耗采集方案示意圖

圖5 條盒傳感器安裝位置

2.3 網絡設計

利用現有數據采集系統的西門子光纖環網，上連廠中心機房。

3 測試結果

由相關部門組成測試小組，制定了較科學的詳細測試方案，分工細致、杜絕人為干擾因素，并對測試全過程進行監督，確保測試結果真實有效。共進行了四次測試，每次測試后都當場統計測試數據，之后深入分析測試結果，查找分析差異產生原因，并不斷完善。最后一次的測試結果比較好，各品種輔材消耗采集精度均達到試點精度要求，并能滿足內部管理需求。具體如下。

1）卷接機，見表3。

表3 卷煙機輔材實測精度統計表

序號 輔材名稱 單位 電控值 數采值 實測值 設計

精度‰ 實測精度‰

1 嘴棒 支 258826 258826 258806.8333 ≤3 -0.07

2 盤紙 米 93165 93319 93296.60 ≤3 -0.24

3 水松紙 米 20930 20966 20963.66 ≤3 -0.11

注：實測精度={（實測值-電控值）/實測值}*1000

2）包裝機，見表4。

表4 包裝機輔材實測精度統計表

序號 輔材

名稱 單位 電控值 數采值 實測值 設計精度‰ 實測精度‰

1 商標 張 81176 80985 80982 ≤0.3 -0.04

2 條盒 張 8067 8067 8067 ≤0.3 0.00

注：實測精度={（實測值-電控值）/實測值}*1000

4 結束語

本次卷接包主要輔材消耗數據采集的探索，充分利用了南煙現有數據采集系統，除從設備電控端子排接線、額外加裝光電傳感器和采集用PLC、增加消耗采集數據點外，未改變現有系統和操作流程。系統運行穩定可靠，數據采集精度高、實時傳送。數據有歷史匯總，方便統計分析。通過試點獲得了第一手有效數據，為后期工作開展打下扎實基礎。

雖說取得了一定成效，但是仍有不少待改進的地方。從技術方面來說，光電傳感器安裝位置的合理性、可維護性及考慮如何減少粉塵等不可抗因素對于采集精度的影響，需要在今后實踐中加以完善。試點只在一套中速機組上進行，推廣到所有中速機時是否存在差異性，如PROTOS 1-8；高速機上未做試驗，隨著設備的逐步引進，高速機將占主導地位，是否也能有效采集，尚待檢驗。從管理方面來說，廠生產制造處將根據內部管理需求提煉出數據統計分析等新的功能要求，從而形成程序開發管理新需求。

另外，全行業持續開展卷煙全面上水平，南煙2012年剛成為創優標兵，將面臨著保優、提優的壓力，行業和公司的新要求也將形成系統不斷完善、應用不斷深入的輸入來源。

參考文獻

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[10]龐曉暉，等.高速數據采集系統的設計與實現[J].儀器儀表學報，2000，21（3）：297-300.

[11]何善君，陳志平.卷包車間數據采集系統的設計與應用[J].煙草科技，2009（10）：26-29.

[12]嚴鵬飛.淺談煙草企業卷包數采系統與煙機設備自身電控采集系統的原理與特點[J].企業技術開發，2012，31（4-7）：3-5.

作者簡介

蔣華元（1972-），江蘇泰興人，工程師，從1999年9月起一直從事信息化工作，參與企業ERP項目建設，負責數采系統和生產制造執行系統的建設，負責多個系統的運維和管理，研究方向：企業信息化應用。endprint