數據采集技術在乳品行業的應用

孫鵬

摘要：隨著信息技術的不斷發展，傳統制造行業在自動化程度日臻完善的同時，也開始將信息技術不斷融入其中，走上智能制造的道路。本文根據乳品加工企業的生產工藝特點，闡述了數據采集技術在乳品加工企業的應用原理、架構、實施手段等。

關鍵詞：數據采集;數據傳輸;Zigbee;數據庫

1、引言

在乳品加工工廠現有生產管理和質量控制要求的基礎上，按照生產、質量管控、績效和追溯的需求，對生產線生產出的產品需要不斷的進行產品重量數據采集，目前多數采集工作由人工完成。后續還需要大量的系統錄入工作，將采集的數據錄入ERP或MES系統中，人員工作繁瑣，數據更新不及時，易出錯等后果。

基于此種情況，在生產線上增加相應的數據采集裝置，車間人員使用可進行數據采集的稱重設備，通過有線及無線網絡的搭建和系統軟件平臺，實現工廠對產品的生產及質量要求的重要數據實現自動化收集、分析和上傳至中央控制軟件系統，服務于企業的生產管理，解決現有稱重數據無法實現自動采集與系統自動對接的問題，并具有數據實時、準確、防作弊、可追溯。

2、數據采集系統設計原理

2.1 系統設計架構

稱重自動采集項目是以中央數據處理軟件、數據庫、無線數據采集與傳輸系統為基礎，符合國家相關規范、標準、法規體系及技術要求而建設的。其主要實現：數據采集、遠程監視控制、報表生成、歷史數據追溯、數據展示等功能，系統架構框圖如圖1-1所示。

企業級網絡架構設計：

項目數據管理架構采用FTP文件協議中心站和分站數據管理模式：如圖1-2 示

●WELITEC企業級數據傳輸架構中，中心處理工業PC機構建監視23個工廠的稱重數據數據采集系統的數據中心，所有工廠數據在本地存儲工業PC的同時上傳至企業中心工業PC機，數據存儲時間為3年以上。

●選擇MS SQL Server實現關系數據、結構數據的歸檔與讀寫。

●中心PC機采用工業級產品，運行速度快，工作穩定可靠，Intel I7 CPU，16G RAM，千兆雙網口。

●中心PC采用TPC/IP通訊協議通過WIFI AP 和STN 硬件接入客戶LAN網，并入客戶專線網絡系統，與已并入客戶當地LAN網23個工廠稱重系統實現數據通訊。

稱重系統工廠級網絡架構：

原理架構圖如圖1-3所示：

●包裝稱重數據從電子秤通過無線傳輸發射模塊（下位機）上傳至無線串口接收模塊（上位機），接收模塊通過有線串口連接至現場工業PC機，實現數據的上傳和存儲，

●工業PC機具備數據存儲，分析和報表功能，實現按客戶需求形成稱重實時曲線，高低限報警，正態分布曲線，并輸出EXCEL格式和PDF格式班報表、日報表、周報表和月報表等，可實現打印和文件存儲功能。

●現場電子稱①與無線串口發射模塊通過RS232雙絞線與無線串口發射模塊②連接。

●電子秤具備稱重數據穩定后自動發送功能，穩定后的數據通過串口傳輸至發射模塊。

●發射模塊具有本地數據存儲功能，當與串口通訊接收模塊因掉電或無線電遮擋造成的通暫時中斷時，將數據存儲在發射模塊的存儲器內，存儲數據包括設備ID，稱重時間，重量，機臺號等數據。當數據通訊恢復后，數據將盡快上傳至工廠工業PC機內部的數據庫。無線串口傳輸協議為ZIGBEE，無障礙傳輸距離可達1.8KM。

●無線串口接收模塊可同時接收來自256個下位模塊的數據，并且ZIGBEE協議自動排序數據接收次序，避免數據傳輸相互干擾和數據堵塞。

●ZIGBEE協議模塊無線數據采集及傳輸系統進行數據采集與傳輸，避免現場復雜走線;

在此基礎之上，通過生產制造系統建模與集成平臺來實現整體功能集成，統一系統維護與安全管理。

2.2系統構成及功能描述

整套系統由工業電腦，數據處理軟件，現場交互界面，遠程交互界面，數據庫存儲及查詢系統，過程報表生成和打印系統，串口無線數據采集及傳輸系統及具備串口通訊功能的電子秤等組成;可選裝包裝噴碼視覺讀取裝置。

1）工業PC

選用工業PC機進行對數據的搜集、監控與處理的主要優勢有：

-可靠性：工業PC具有在粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、震動、腐蝕和快速診斷和可維護性，MTTF10萬小時以上，而普通PC的MTTF僅為10000～15000小時。

-實時性：工業PC對工業生產過程進行實時在線檢測與控制，對工作狀況的變化給予快速響應，及時進行采集和輸出調節（看門狗功能這是普通PC所不具有的），遇險自復位，保證系統的正常運行。

-擴充性：工業PC由于采用底板+CPU卡結構，因而具有很強的輸入輸出功能，能與工業現場的各種外設、板卡相連。

-兼容性：能同時利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統，多種語言匯編，多任務操作系統。

2）數據中央處理軟件

定制開發的中央處理軟件采用工業級組態軟件，并集成人機交互界面、數據庫存儲和查詢、報表生成及報表打印功能。能夠滿足7x24小時運行的的需求。

3、總結

數據采集系統的應用大大提高了數據準確性和實時性;上位軟件、Microsoft SQL數據庫等軟件實現了數據方便存儲，可長期備份查找，數據追溯性得到了提高。與生產管理系統和生產制造系統的對接，方便管理者實時查看、分析生產狀態，達到了提高管理水平的目的。

（作者單位：內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司）