卷包生產過程數據采集穩定性探究

郭瑞川+楊劍鋒+張維+孔維熙+洪宏+李建平

摘 要：文中以ZJ17卷煙機為例，介紹數據采集過程中出現的問題，展開對數據采集過程穩定性的研究，實現數據穩定可靠地上傳至服務器，真實反映生產過程中產生的生產、設備、質量、物耗等數據，并對生產過程快速、準確地進行實時監控，實現企業的精益化生產。

關鍵詞：數據采集；ZJ17；異常信息監控；網絡異常；系統點檢

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）02-00-02

0 引 言

2012年，曲靖卷煙廠“十一五”就地技改完成，企業全面實現了生產裝備的機械化、自動化和部分信息化。信息網絡的全覆蓋形成了從設備底層自動化控制到生產單元集中監控的車間管控模式。卷包車間有17臺ZJ17-GDX1/GDX2機組，且ZJ17作為煙草工業企業中速機主流配置，通過研究ZJ17機型，針對易發生的數采不穩定因素，采用數采數據異常監控、技術保障、系統點檢等解決方法，以確保其數采的穩定性與真實性。

1 數采架構

1.1 卷包車間網絡拓撲圖

卷包車間網絡拓撲圖如圖1所示。

1.2 ZJ17數采網絡

曲靖卷煙廠現有的19套PROTOS 70（ZJ17）卷接機組，無論是實施改造過的PROTOS 70卷接機組，還是常德煙機廠生產的新機ZJ17卷接機組，其控制系統都是西門子公司的S7 400 PLC控制系統，兩種不同的控制系統無論在硬件組態方面還是控制方式方面都是一致的，因此其數據采集方式完全相同，故硬件設備的安裝方式全部統一。

數據采集示意圖如圖2所示。

1.3 數采機制

實時數據采集就是把底層數據真實有效的采集至數采站，并快速準確的傳輸到服務器。ZJ17機型采用TCP/IP協議，由從IT80工控機采集，采集頻率為2 s，獲取VE、SE、MAX等部位的數據，并保存到本地的xml文件中，以SOAP協議的方式將采集的數據實時傳至服務器[1]。雖然設備千差萬別，但其數采技術實現方式都遵循圖3所示的流程。

數據采集模塊由一對一數據采集程序和數據處理模塊組成，不同型號設備的自動化控制器有所區別，由于其設備控制器不同，其數據采集前置設備運行的數據采集軟件也不相同。數采前置設備運行采集程序通過其數據接口模塊從現場設備的自動化控制層實時獲取各種原始數據，再經過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不僅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，還可以通過數據通信模塊將現場數據傳送到數采服務器，形成全面準確的實時數據庫和歷史數據庫。

2 數采穩定性維護

2.1 數采數據異常監控

在實際生產過程中，異常數據產生后，應如何判斷其是真實的異常數據還是數采本身出現問題，而判斷數據異常的類型是正確處理問題的關鍵，因此可以基于數采數據的關聯性模型來實時判斷異常原因。數據監控界面如圖4所示。

通過以上關聯模型，可以先預估出關鍵指標的合理范圍，通過該范圍與實時數采數據的比對來判斷某項關鍵數據是否正常，若不正常將會進行異常提示。通過此功能，可以在1分鐘內遍歷車間所有機臺的關鍵指標數據是否存在異常，大大提高了異常發現的速度，提升了管理效率。

2.2 技術保障

通過異常信息監控可及時發現數采出現的問題，數采出現的問題大致可分為硬件、網絡出現問題或人為清空底層數據導致數采異常兩種。

2.2.1 網絡異常

針對異常監控發現的數據異常，首先判斷是人為清空還是網絡異常，若出現瞬間數據全部為0，而后短時間內沒有恢復，則認為是網絡異常。通過異常監控發現網絡異常后，開啟網絡重連工具，并不斷在服務器、數采站、IT80工控機三者之間發送命令，執行網絡重連[2]。用Ping命令來判斷網絡本身的狀態，即確定物理鏈路層的狀態。同時，用應用程序層的Send和Receive來判斷程序/進程是否異常。通過這兩種方式的組合，一般能夠正確得到網絡狀態。并能夠在網絡發生故障時，準確定位其狀態。

當網絡、應用程序都正常時，對端操作系統的設置可能會影響上述判斷。當對端禁止向其發送Ping命令時，那么Ping的結果將始終不通。因此該方法存在一定的缺陷。

2.2.2 數采程序啟動監控

在實際工作中，數采程序雖設置了開機啟動，且在正常情況下會與數采站啟動，但偶有啟動失敗的情況，從而導致數采數據丟失，因此采用監控程序啟動工具保障程序的正常啟動。程序啟動監視工具是一個監視程序啟動和退出的工具，詳細記錄進程的活動情況，包括程序的運行時間、運行身份、路徑和啟動參數。程序運行歷史記錄會存儲進數據庫，方便之后查看，同時也可以設置為開啟自動啟動監控，并在后臺記錄程序運行信息。

2.3 數采系統點檢

點檢制是按照一定標準、周期對設備規定的部位進行檢查，以便早期發現設備的故障隱患，及時加以修理調整，使設備保持其規定功能的設備管理方法。值得注意的是，設備點檢制不僅僅是一種檢查方式，更是一種制度和管理方法。點檢的概念運用在軟件系統上可以確保系統的正常穩定。

基于點檢的概念，針對數采系統列出完整的點檢規程，并運用六位一體的TPM模式，全員參與，系統管理員重點保障的原則，確保系統穩定運行。系統界面如圖5所示，系統故障顯示界面如圖6所示。

（1）利用網絡管理工具檢查在線設備的聯網情況；

（2）利用點檢系統，系統管理員可以快速瀏覽系統的運行情況；

（3）在崗的操作人員及設備維修人員發現系統故障可以及時反饋至系統管理員處，并快速解決。

3 結 語

數據采集是卷煙工業企業的信息化支撐，數據采集的可靠與否直接關系到企業信息化能否走好、走穩。在互聯網+、云計算、大數據等背景下，數據的可靠性顯得尤為重要。

本文只針對卷包車間ZJ17機型的數采穩定性進行探究，而卷煙工業企業需數采的還包括包裝設備、制絲設備、成型設備、發射設備等，這些設備的數據采集支撐著卷煙工業企業的數據統計報表、數據分析等功能，而數據可靠采集、實時傳輸、正確存儲等內容需更復雜的穩定性保障手段才能實現對生產過程、工藝質量、庫存追蹤等方面的精益管理。

參考文獻

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