制絲質(zhì)量檢測(cè)儀器數(shù)采集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

林苗俏

制絲質(zhì)量檢測(cè)儀器數(shù)采集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

林苗俏

龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司

隨著制絲信息化、自動(dòng)化水平的不斷提高，制絲各種質(zhì)檢儀器逐步替代了繁瑣的手工操作，但儀器均具有較強(qiáng)的針對(duì)性和獨(dú)立性，通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套制絲質(zhì)檢儀器數(shù)采集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)數(shù)據(jù)的集中管理，并進(jìn)一步提高檢驗(yàn)工作效率。

質(zhì)量檢測(cè) 儀器 數(shù)采 集成系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

隨著制絲信息化、自動(dòng)化水平的不斷提高，制絲工段中各種質(zhì)檢儀器逐步替代了繁瑣的手工操作，但檢測(cè)儀器針對(duì)不同的檢測(cè)項(xiàng)目具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，目前煙草行業(yè)中普遍采用人工報(bào)表或采用人工錄入報(bào)表系統(tǒng)的方式來(lái)記錄儀器的檢測(cè)數(shù)據(jù)，這將影響檢測(cè)的效率且易造成人為失誤。若能將各種檢測(cè)儀器的檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行集成，通過(guò)數(shù)據(jù)采集后經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)歸屬并計(jì)算判斷，可大大減少人為失誤，并提高檢驗(yàn)工作的效率。

1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)框架

質(zhì)檢儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用通信設(shè)備NPort Server Lite，即工業(yè)級(jí)的串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。該設(shè)備可同時(shí)支持多個(gè)RS-232或RS-422/485串口數(shù)據(jù)通信，可將PLC、CNC、質(zhì)檢儀器等串口設(shè)備連接到10/100 Mbps以太網(wǎng)上。NPort Server Lite設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器內(nèi)帶有液晶顯示器，用來(lái)顯示數(shù)據(jù)通訊狀態(tài)，并可直接通過(guò)面板操作按鈕選擇操作模式或配置參數(shù)，如IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)等，也可監(jiān)視服務(wù)器及數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)，為此自身就能完成其網(wǎng)絡(luò)的配置。

隨著企業(yè)信息化程度深入，串口通訊和信號(hào)線路長(zhǎng)度也會(huì)不斷增加，而通過(guò)NPort Server連接的串口設(shè)備可分散到企業(yè)的任何位置，結(jié)合TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)便可實(shí)現(xiàn)其與Windows NT/2000、Windows 95/98/ME及Unix系統(tǒng)之間的通訊。為此，NPort Server通過(guò)Ethernet/Internet可實(shí)現(xiàn)不同樓層、廠房、區(qū)域、城市甚至不同國(guó)家之間各種串口設(shè)備的控制。利用該設(shè)備還可快速地對(duì)各串行口進(jìn)行操作訪問(wèn)，與計(jì)算機(jī)訪問(wèn)自身的串口設(shè)備一樣，對(duì)連接到該設(shè)備的串口儀器進(jìn)行讀寫。相對(duì)于PCI總線中插入串口卡的方案來(lái)說(shuō)，它極少地占用總線和CPU時(shí)間，是一臺(tái)主機(jī)對(duì)多串口操作，多主機(jī)共享串口設(shè)備的最好方法。

1.1 數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)及處理流程

數(shù)據(jù)采集軟件驅(qū)動(dòng)為組件式開(kāi)發(fā)，對(duì)于不同類型的質(zhì)檢儀器采用獨(dú)立的采集驅(qū)動(dòng)，再根據(jù)不同設(shè)備的輸出來(lái)解碼數(shù)據(jù)，最終通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OPC協(xié)議進(jìn)行發(fā)布，如DD60A填充儀原始數(shù)據(jù)為ASCII碼格式，通過(guò)采集驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)該格式的解碼并最終完成其數(shù)據(jù)的OPC發(fā)布。

由圖1可看到，設(shè)計(jì)上增加了一個(gè)數(shù)據(jù)緩存池堆棧來(lái)暫存數(shù)據(jù)，確認(rèn)質(zhì)檢儀器服務(wù)端與集成系統(tǒng)客戶端的通信信號(hào)正常后再把數(shù)據(jù)發(fā)布到OPC Item（為防止內(nèi)存溢出，緩沖池設(shè)置了最大值邊界，當(dāng)緩沖池?cái)?shù)據(jù)緩存數(shù)大于邊界值時(shí)，采用先進(jìn)先出原則發(fā)布數(shù)據(jù)到OPC Item），從而避免OPC協(xié)議的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性而丟失采集數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)采集成系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

煙廠的制絲過(guò)程中，產(chǎn)品檢驗(yàn)項(xiàng)目包括物料含水率、煙絲整絲率、煙絲碎絲率、煙絲填充率、香精香料折光密度和檢驗(yàn)室環(huán)境溫濕度等，所用的檢測(cè)儀器包括烘箱、電子天平、振動(dòng)篩、MW3300微波水份儀、DD60A填充儀和溫濕度儀等，烘箱和振動(dòng)篩分別用于檢測(cè)物料含水率和煙絲結(jié)構(gòu)（整絲率、碎絲率），兩者均根據(jù)檢測(cè)前后樣品重量的變化計(jì)算出實(shí)際檢測(cè)值，故其與電子天平測(cè)量結(jié)果有關(guān)，通過(guò)電子天平稱重?cái)?shù)據(jù)的采集便可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的自動(dòng)計(jì)算。整個(gè)數(shù)采集成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 集成系統(tǒng)數(shù)采數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 儀器數(shù)采驅(qū)動(dòng)總體設(shè)計(jì)流程圖

圖2 數(shù)采集成系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)圖

表1 質(zhì)檢數(shù)據(jù)項(xiàng)記錄

表2 OPC ITEM數(shù)據(jù)記錄

系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)單件模式來(lái)封裝上述兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用動(dòng)態(tài)數(shù)組或TStringList技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)單件模式的數(shù)據(jù)容器類，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖池及OPC數(shù)據(jù)Item容器的全局訪問(wèn)，單件模式的設(shè)計(jì)上能夠很好的滿足全局訪問(wèn)和實(shí)例唯一性的要求。

1.4 外部接口

Serial Communication OPC Server服務(wù)程序通過(guò)硬件串口通信協(xié)議與質(zhì)檢儀器獲得連接讀取儀器串口輸出數(shù)據(jù)。

服務(wù)程序通過(guò)OPC DA2.0標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議通過(guò)OPC Item向外發(fā)布數(shù)據(jù)。

2 集成系統(tǒng)操作終端技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，通過(guò)數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)與質(zhì)檢儀器的通信，直接從串口上獲取每次質(zhì)檢數(shù)據(jù)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OPC通信協(xié)議接口發(fā)布。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理終端系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)單據(jù)的登記和維護(hù)。圖3所示為烘箱含水率檢測(cè)數(shù)采終端界面。

圖3 烘箱含水率檢測(cè)數(shù)采終端界面

圖3中相關(guān)變量的計(jì)算關(guān)系為：

OV(%)=(W1-W2)/(W1-W0)×100%

式中，OV（%）—樣品含水率實(shí)測(cè)值；W0(g)—空樣盒重；W1(g)—樣品烘前濕重（含空樣盒重）；W2(g)—樣品烘后干重（含空樣盒重）。

為了方便檢驗(yàn)員進(jìn)行含水率計(jì)算，系統(tǒng)應(yīng)用前，樣品重保持為10g，不宜有偏差以便于人工計(jì)算。系統(tǒng)應(yīng)用后，樣品重量范圍為10±1g，通過(guò)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)含水率自動(dòng)計(jì)算，大大提高了稱重效率，并使得樣品外部滯留時(shí)間大為減少，從而降低了含水率檢測(cè)前的散失，確保產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。

根據(jù)不同的質(zhì)檢項(xiàng)目和不同的設(shè)備儀器，可設(shè)計(jì)操作模式類似、操作界面略為不同的質(zhì)檢員終端界面，不同類別的檢測(cè)數(shù)據(jù)可根據(jù)批次任務(wù)號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，為管理層對(duì)批次質(zhì)量的分析評(píng)價(jià)提供了清晰的數(shù)據(jù)來(lái)源。

3 結(jié)束語(yǔ)

制絲質(zhì)量檢測(cè)儀器數(shù)采集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并成功應(yīng)用，理順了檢驗(yàn)室的各項(xiàng)作業(yè)流程，通過(guò)檢驗(yàn)室環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保所有制絲過(guò)程產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性。所有檢測(cè)結(jié)果的計(jì)算、修約、判定、統(tǒng)計(jì)等均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，最大限度減少了人工干預(yù)，加快數(shù)據(jù)傳遞的速率，減少了人為差錯(cuò)的概率，為質(zhì)量分析評(píng)價(jià)人員做出快速正確的判斷、及時(shí)指導(dǎo)制絲生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供了有利的保障。

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