高振宇

摘 要

寶雞石油鋼管有限責任公司（下稱寶雞鋼管公司）下屬各企業(yè)為解決企業(yè)計劃管理層和過程控制層的信息數(shù)據(jù)孤島，根據(jù)本企業(yè)車間實際情況，搭建車間過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行層與過程控制層數(shù)據(jù)的有效集成。本文就該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件架構(gòu)、硬件架構(gòu)、應用效果等進行詳細闡述，分析討論目前該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并對其未來提升完善方向提出切實有效的建議。

【關鍵詞】寶雞鋼管 MES 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1 引言

生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES），是企業(yè)CIMS信息集成的紐帶，是實施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略和實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術手段。以MES數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場監(jiān)控功能模塊為核心，通過配套改造中的基礎自動化的改造，搭建車間過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是寶雞鋼管公司MES項目實施的重點工作之一。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)MES項目的整體的三層網(wǎng)絡（即控制層、執(zhí)行層、辦公層）架構(gòu)部署，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在控制層搭建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺，并與cimplicity軟件建立數(shù)據(jù)通訊，完成車間過程控制數(shù)據(jù)的采集、存儲與應用。

車間過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)共分數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)應用層，其中數(shù)據(jù)采集層通過MES配套改造項目建設，在控制層網(wǎng)絡中建設，數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)應用層即為MES數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場監(jiān)控功能模塊，在執(zhí)行層網(wǎng)絡中進行建設。

2.1 數(shù)據(jù)采集層

該層是指通過配套改造建設的車間控制網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)采集平臺。針對各企業(yè)車間不同的情況，有多種類型PLC（西門子、三菱、歐姆龍、AB等等）、有專業(yè)系統(tǒng)（組態(tài)王等）、有各類儀器儀表（數(shù)顯表、機械表、能源表等）。

根據(jù)過程控制數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定、準確、及時、安全性要求以及集團公司信息化相關標準，數(shù)據(jù)采集層網(wǎng)絡主要組網(wǎng)設備采用工業(yè)級環(huán)網(wǎng)交換機，環(huán)網(wǎng)通過工業(yè) Turbo Ring協(xié)議，在網(wǎng)絡故障異常時，迅速恢復網(wǎng)絡聯(lián)機的高速冗余環(huán)網(wǎng)機制，確保各種工業(yè)應用網(wǎng)絡持續(xù)不間斷的運作，選取其中一個環(huán)網(wǎng)交換機與OPC服務器共同連接接入交換機，數(shù)據(jù)采集層的不同設備統(tǒng)一通過以太網(wǎng)接入環(huán)網(wǎng)交換機，組成完整的數(shù)據(jù)采集層網(wǎng)絡（控制網(wǎng)）。

本系統(tǒng)借鑒國際先進實踐，結(jié)合寶雞鋼管公司下屬各家企業(yè)過程控制系統(tǒng)多樣性的實際，過程控制數(shù)據(jù)是基于OPC技術，上傳至MES系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。在上述OPC服務器中采用Wincc、Kepware等軟件建設統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺，向下可以與不同類型的PLC、儀表等硬件設備通過以太網(wǎng)實現(xiàn)無縫連接，采集各類實時數(shù)據(jù)，向上可以作為OPC服務端通過OPC通訊協(xié)議、DCOM接口（應用于兩臺服務器之間）與MES的IGS（OPC客戶端）進行通訊。

2.2 數(shù)據(jù)存儲層

由Cimplicity Server完成MES的數(shù)據(jù)采集之后，有兩種方式進行數(shù)據(jù)存儲：

2.2.1 與歷史數(shù)據(jù)庫

GE Proficy平臺的Historian以OPC方式進行數(shù)據(jù)通訊，具體是通過Historian軟件組件的 Historian v4.5 collector中的CIMPLICITY.HMI.OPCServer.1來實現(xiàn)Cimplicity Server（server端）和Historian（client端）的數(shù)據(jù)通訊，Historian數(shù)據(jù)存儲通過設置頻率進行掃描。

2.2.2 與關系數(shù)據(jù)庫

通過Cimplicity Server的basic control engine和database logger功能，以ODBC方式與SQL Server建立連接，在特定的條件下如固定時間觸發(fā)、point觸發(fā)、固定頻率觸發(fā)、報警點觸發(fā)等存儲數(shù)據(jù)，其中basic control engine可以執(zhí)行調(diào)用程序、給點賦值等多個動作，該方式主要用于關系型數(shù)據(jù)或低頻率的實時數(shù)據(jù)的存儲。

3 數(shù)據(jù)應用

在上面提到，過程控制數(shù)據(jù)的應用包括兩類，主要實現(xiàn)的功能有數(shù)據(jù)實時監(jiān)控；數(shù)據(jù)提??；歷史數(shù)據(jù)查詢；能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢；報警監(jiān)控與歷史報警查詢等。下面對目前實現(xiàn)的主要功能做一個簡單介紹：

3.1 數(shù)據(jù)實時監(jiān)控

通過過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括設備狀態(tài)、工藝參數(shù)等以實時值、狀態(tài)顯示、趨勢圖等形式給予展示，工藝人員、設備人員等可以很直觀的實時的查看到這些信息。

3.2 數(shù)據(jù)提取

與MES生產(chǎn)跟蹤模塊集成，通過過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時獲取崗位記錄所需的工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)，有效降低操作人員數(shù)據(jù)錄入量。

3.3 歷史數(shù)據(jù)查詢

鋼管的工藝參數(shù)如水壓值、油壓值等存儲時是與鋼管號進行關聯(lián)存儲的，通過鋼管號可查詢其在某崗位加工時的工藝參數(shù)值，供管理人員、工藝人員等追溯。

3.4 能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢

根據(jù)各企業(yè)需求，通過過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行定時的能源數(shù)據(jù)采集、存儲，并形成按班、按天的能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為企業(yè)節(jié)能降本增效、車間成本考核提供基礎數(shù)據(jù)。

3.5 報警監(jiān)控與歷史報警查詢

通過過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對設備報警信號進行實時監(jiān)控，同時可查詢設備的歷史報警信息，方便設備維修人員及時處理問題，經(jīng)驗總結(jié)等。

4 總結(jié)

本文是對裝備MES項目在寶雞鋼管公司各企業(yè)實施的過程中車間過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設進行總結(jié)，主要包括以下幾方面：

（1）系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)的介紹；

（2）系統(tǒng)應用效果；

（3）系統(tǒng)優(yōu)勢分析。

過程控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設，是生產(chǎn)企業(yè)信息化體系中重要的一環(huán)，它打通了底層控制層和中間執(zhí)行層的數(shù)據(jù)通道，并且具有準確、及時、有效、穩(wěn)定等特點，能夠為MES系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，工廠管理層能夠及時、直觀查看設備情況、物料分布、工藝參數(shù)等，提升管理水平，崗位人員也能夠減少數(shù)據(jù)錄入量，有效降低工作量。

通過MES項目及本系統(tǒng)的建設，提升了自動化水平，極大的促進企業(yè)信息化的步伐，達到了車間信息化從無到有的跨越，實現(xiàn)工業(yè)化與信息化的初步融合，同時積累了大量鋼管企業(yè)信息化建設經(jīng)驗，為未來企業(yè)信息化的進一步發(fā)展與完善奠定了良好的基礎。

參考文獻

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[2]鄧全亮，鄒益仁.基于OPC技術的系統(tǒng)集成[J].計算機應用研究，2005（01）：160-161.

作者單位

遼陽石油鋼管制造有限公司 遼寧省遼陽市 111003endprint