制丝线数据采集系统的设计与实现

数据库技术Database Technology
电子技术与软件工程
Electronic Technology&Software Engineering 制丝线数据采集系统的设计与实现
李刚张常记唐茂滔刘尧田勇
(四川中烟工业有限责任公司什祁卷烟厂四川省什祁市618400)
摘要：本文从实际项目出发，讲述如何通过信息化技术采集过程数据，并在此基础之上通过技术开发一套基于B/S架构的工艺分析系统。

关键词：过程数据；采集系统；系统的设计与实现
工厂制丝自动化生产线从2004年投入运行，距今已有十多年，因受当初信息技术的限制和工艺分析的浅显需求，该自动化系统并未提供工艺统计分析和开放的过程数据，造成工艺分析工作仍然是基于传统的作业流程，并进行简单统计分析。

但随着工艺要求越来越高，工艺分析也变得越发复杂，对数据的需求也越来越大，传统的作业流程让工艺人员的工作负担越来越大。

基于这个考虑，工厂立项研究自动数据采集技术，并以此为基础建立自动数据采集分析系统。

1整体系统构建
系统结构图见图1，OPC数采服务器实时从PLC读取I/O数据，并将这些数据以约定的频率发送给SQLSERVER数据库。

SQLSERVER数据库主要功能是保存数据，并和Web服务器一起共同提供网页式的数据查看分析功能，技术实现过程如下：
1.1建立SQL数据库
利用工厂机房已有SQLSERVER数据库服务器建立制丝数据采集数据库，根据工艺提出的工艺点指标采集目录，以工艺段为基础建立数据库表。

考虑到要根据牌号，批次等来查询的需求，应在表中存储牌号，批次等供条件查询。

这类表包括：润叶回潮段采集表、叶片加料段采集表、烘丝干燥段采集表、在线干燥段采集表、混丝掺配段釆集表、烟丝加香段采集表、梗处理段采集表、切梗加料段采集表、梗丝干燥加香段采集表。

为保存统计结果和维护数据，在SQLSERVER数据库中设计牌号表、工序表、统计表。

这类表包括：叶线配方表、梗线配方表、叶线工序指标表、梗线工序指标表、叶线批次统计表、梗线批次统计表、重量消耗表、生产时间统计表。

1.2建立0PC数采服务器
OPC全称是基于过程数据的对象连接与嵌入技术，它的出现为基于WINDOWS架构的程序和现场过程控制系统建立了桥梁。

通过OPC,我们可以把现场过程控制的数据读到基于WINDOWS的电脑中，这为实现数据采集提供了基础。

1.2.1配置OPC站点
通过上面的结构图我们知道，OPC数采服务器既要读工业网的数据，还要将数据传送到机房核心网中，方案中通过OPC数采服务器配置两张以太网卡来实现数据链路的连通。

各自动化产品公司提供了一整套配置OPC数采服务器的方法，其中最重要的一步就是通过网络组态软件设置工业网数据传输链路，使数据可以从各PLC传送到OPC数釆服务器。

1.2.2数据采集
在OPC站点的基础上，采用具备强大数据库功能组件的开发程序DELPHI和ADO技术开发远程数据库写入程序，完成数据采集功能。

基本的程序思想是：首先判断段任务是否执行，若执行则触发定时器执行，依次将通过OPC读出的过程数据写入到数据库中。

为了分担数据库的瞬时工作压力，采用分时写入将数据写入数
质豪管理消耗管理成本管理设备管理
厂级以
据库，釆用定时器控制着具体工艺段的数据写入的触发，并且是分时隔触发的。

1.3建立WEB访问平台
考虑到终端用户较多和后期的运行维护，访问平台更适宜于B/S架构。

本项目运用当前流行的动态服务器画面技术，以MICROSOFT VISUAL STUDIO(以下简称VS)为开发平台开发了WEB访问平台。

在VS中新建了网站类型的项目后，作为一个以访问数据库为核心业务的平台，首先要配置数据库联接。

默认根目录中有自动创建的文件Web.config,它用来储存Web应用程序的配置信息，所有的子目录都继承它的配置设置，数据库联接配置如下：
<add key=H Dsn"value=*'server=10.164.6&22;database=wysj;uid=s a;pwd=abc"/>
<addname="wysjConnectionString"connectionString="DataSource =10.164.68.22;InitialCatalog=zs;PersistSecurityInfb=True;UserID=sa;P assword=xyz,'providerName="System.Data.SqlCIient,7>
在VS项目的App_code中，对于作为应用程序一部分的数据库重复操作的执行语句，可以在App_code中定义成组件，如下：Public class SqlDatabase
{private SqlConnection Cn;
private SqlCommand Cm;
public string RetumSQL(string Sql)
{string Retumstring="";
Try
{Open();
Cm=new SqlCommand(Sql,Cn);
Retumstring=Cm.ExecuteScalar().ToString();}
Catch{}
Close();
Return Retumstring;}
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表1:制叶工序的权重分配表
工序点工序点权重
工序指标工序指标权重工序指标合格率
松散润叶
0.30热风温度(°C)0.30A 热风温度(°C)0.20B 加料润叶
0.70
物料流量(kg/h)0.20C 加料精度(％)
0.30D
只要在子程序中声明是sqlDatabase 类，即可在子程序中使用 已定义好的组件。

比如查询叶片工艺1段的总记录数，只需简单的 询 MYDB.RetumSQL( * select count(*) from zsl ')即可得到结果。

2开发统计分析功能
在完成web 平台建立以后，针对工艺的实际需求，开发具体统 计分析功能。

2. 1基础数据维护
上文已经提到在工艺段任务开始后数据库即开始采集数据，但 是在某些时候，数据是无效的，比如：料头、料尾、断料；对于水 分，温度等，在未达到稳定状态时，数据也是无效的。

对于这些数 据的剔除，是通过定义有效数据值的延时来解决：在料头时，大于 有效值，延时三分钟，在料尾时，小于有效值，后退三分钟。

规格线是工艺用来判定数据是否合格的范围，数据处于这个范 围内的即为合格的数据，再与有效数据相除，即是该工艺指标的合 格率。

在数据库中建立配方表用于管理规格线和数据剔除线，并在
WEB 页面上显示,并提供管理员编辑修改功能。

2. 2批次分析
批次分析功能包括查询和计算提供各工序点的平均值、合格率、
标偏，并以此为基础数据，导出到EXCEL 表用于判定整批次是否 合格和整批次的过程加工能力是否达到要求。

基本的程序思想是：针对不同的源数据表中，根据查询条件(如 批次、牌号、生产时间)，用select max/min(*)语句查询最大值和 最小值；用select avg(*)语句查询平均值；用select stdev(*)语句查 询标准偏差；用select sum(规格线范围内的个数)/select sum(有效 数据的个数)来计算合格率。

由于计算程序复杂，又存在着大量的数据库操作，造成计算缓 慢，因此将结果数据存储在数据库中，避免二次查询时造成系统资
源的浪费。

为了实现工艺上批次合格判定和过程能力评价的信息化，我们
建立了叶线检验表和西格玛水平表，通过批次工艺数据的写入，自
动生成判定结果和评价结果。

程序实现上，即按要求把程序计算得出的工艺结果写入表格规
定的格子中。

对于一张己有数据的EXCEL 表，首先要判断该批次 是否存在，系统通过循环语句，从Excel 表的第一排数据开始，用 批次与即将写入的批次做对比，没有该批次即写入，程序思路如下：
for(inti = 2;i< 10000; i 卄)
〃循环从第2排开始，因为
第1排为表头
{ if(xph=ph) 〃对比所选批次是否与EXCEL 单元格中相同，
相同则跳出循环；不同则继续循环对比
{break;}
if(ph=””) 〃如果一直没有对比到相同的，循环到了最后1 排，写入数据
{
m_objSheet.Cells[i, 1] =u;// 第一列写入生产时间(u)m_objSheet.Cells[i, 2] =v;// 第二列写入牌号(v)m_objSheet.Cells[i, 3] =w; // 第三列写入批次(w)
……〃写入其他工艺指标数据
}}
EXCEL 模板编辑的有公式，在写入数据以后会自动判定各工
艺点的合格率，进行扣分，然后统计扣分项，得出批次判定结果。

西格玛水平的评价方式有所不同，整批次西格玛水平高低是由
各工序的合格率和各工序对产品质量重要性共同决定的，我们通过 权重值来量化工序对产品质量的重要性。

如制叶工序，其权重分配
见表1。

需要注意的是，用于过程能力计算的工序指标合格率是基于区 间概率计算得出的，其公式为：
L — . LSL — p A = ¢(------ )-<D(------)
a o
卩为平均值，o 为标准偏差，①为正态累积分布函数 NORMSDISTo
制叶工序的合格率如下，权重分作为合格率的指数来计算：
Y 1=a 030x B 0'20x C 020x D 030...........
同理，得出制丝工序的合格率Y2,整个叶线的合格率为：
Y = 7YlxY2
用标准正态累积分布函数的反函数NORMSINV,既可得出西 格玛水平。

以上公式均在EXCEL 模板中实现，采用相同的方法写入基础 数据后，自动生成评价结果。

2. 3其他统计分析功能
项目组在WEB 平台上还开发了多种查询统计分析功能，如提 供多种查询方式源数据查看和导出，全线秤累计量的统计和查看，
生产时间的统计等等。

相对于批次分析来说，技术上的实现相对容
易，不在本文阐述。

3总结
本文阐述总结了一套在老旧自动化系统上实现数据采集的方 法，对于投资有限、又有急迫实现数据信息化运用的需求的改造项 目具有较大的借鉴意义。

参考文献
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社，2014.
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[4] 国家烟草专卖局卷烟工艺规范[M].北京：中国轻工业出版
社,2016.
[5] 廖常初.S7-300/400 PLC 应用技术[M].北京：机械工业出版
社,2016.作者简介
李刚(1980-),男，大学本科学历。

四川中烟工业有限责任公司什
祁卷烟厂维修电工高级技师，工程师。

长期从事制丝工序网络管理、
维护和技术改造工作。

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