数据采集系统在卷烟生产中的应用

　　随着市场经济的不断发展与完善，企业的管理工作也由原来的粗放型管理改进为细化管理。以前主要关心企业的销量与产量，但是随着烟草企业集团化的进程不断加快，集团企业越来越关心每个生产现场的投入与产出，节能与降耗，增产与增收。同时企业的信息化建设也取得了长足的发展，不仅在行政管理上大量采用信息化管理，而且在很多生产现场也采用了大量先进的信息技术，在一定程度上来说，烟草企业的信息化建设比其它行业的信息化建设要走在前列。并且企业投入的信息成本也在逐步转化为生产力，为企业创收做出了巨大的贡献。
　　生产车间数据采集系统是在信息化大力发展的基础上引入的，数据采集系统为车间管理人员及时了解生产现场的生产情况提供了强有力的支持，对现场发生的生产事件提供最快的数据反馈，为及时解决问题提供了良好的支持。生产数据采集系统具备如下两方面的功能：
◆全面反映生产过程中的情况
◆为MIS/MES系统生产调度提供基础数据

一、数据采集系统的发展史
　　数据采集系统既对生产过程中的各种实时数据进行检测、统计，汇总分析后形成资料反过来规范生产，改进过程控制，提高生产和设备管理水平，为企业发展的战略决策提供资料依据。数据采集系统在烟草行业内的应用起源于1990年，起初只是在生产机台上加装或利用检测器检测信号，对信号通过计算机处理，统计出机台的产量、各项原辅材料消耗和设备的简单运行状况，上传到服务器，当时系统只具有简单的数据采集、统计功能。随着时间的推移和科技的进步，数据采集系统逐渐升级改进，功能也日趋完善和强大，到目前为止系统已发展成由三级网络组成，能够对资料分级处理，智能性分析，对生产、设备管理和企业战略决策起到更重要的指导作用，数据采集系统已成为现代企业管理的一个重要环节。

二、数据采集系统的发展现状
　　数据采集系统在近十年得以高速发展，已逐渐发展为由单纯的统计数据到利用程序对数据进行智能性分析的转变，其三级网络分布如下图：


　　下位单板机把采集或收集到的信号计算处理后送给机台计算机，机台计算机通过CAN网以轮询的方式把信息交给服务器，服务器把收到的信息进行综合处理然后进行上传和下传，下传各机台产量、消耗、报表等公开信息和通知，上传各种报表数据到相关的职能部门。机台的原辅材料发放请求信息则通过小车送辅料系统和高架仓库管理系统进行响应。

三、数据采集系统在生产中的功能
卷接车间数据采集系统一般可分为以下几个子系统：
①卷接包车间数据采集与显示子系统，包括：卷接、包装机组生产数据、设备运行状态数据的实时采集与显示；
②原辅材料实时请求子系统；
③设备检修、维修管理子系统；
④车间信息综合处理；

网络结构说明
　　现场总线技术是3C技术（即计算机、通信、控制）从控制室发展到生产现场的必然产物，具有数字式、双向、串行、多主通信的特点，是应用于工业生产现场的高可靠、实时通信技术，它的出现导致产生了新一代的现场总线控制系统FCS。
　　FCS是以现场总线为基础的开放式全数字控制系统，它以现场智能传感器、数字执行器、控制计算机、数字通信网络、工控软件为要素，将系统集成，不仅可以保证目前工业控制对数字通信的要求，而且使它与Internet/Intranet互连构成多层次的企业控制网络成为现实。
　　在设计卷接包车间数据采集与管理系统时，一般以FCS为框架，使本系统无论从先进性、可扩充性上都处于前列，可保证为烟厂的信息化工程提供坚实的技术支持。
　　在目前流行的现场总线中，CAN总线网络是一种开放型、符合全球工业标准的新型通信网络。它的特点是：网络中可带128个节点，并且可通过中继器予以扩充；网络中的任意节点均可向其它节点发送信息，可方便的构成冗余系统；网上的节点可分成不同的优先级，以满足不同的实时要求；自带CRC校验和其它校验措施，有严重故障的节点可自动从网络上断开，可靠性高、实时性好。适合工业底层的网络要求。下面就各部分功能做以具体的说明

1、数采管理机
　　数采管理机置于主控机房，实现LAN（局域网）与CAN（现场总线网）互联，定时向LAN提供实时数据，接受从LAN上下传的命令、数据等，并送到相关机台。
数采管理机的主要功能：
1、 完成车间所有实时数据的显示及存储处理；
2、 以曲线方式显示和记录各项数据（产量及各项单耗）的走势图，为车间管理者提供管理和决策的依据；
3、 可向车间现场总线网上任一检测站发布汉字通知和生产调度命令；
4、 以图表方式显示全车间各机台的实时运行状态和实时生产数据，使车间管理者对生产现场的状况一目了然；
5、 具有历史数据的查询功能，管理人员可据此对一段时间的生产情况进行分析，找出问题，对症下药，达到理顺生产的目的；
6、 定时向厂级网络发送实时生产数据；
7、 实时显示生产现场发来的各种汉字信息。
8、 具有多种设置功能，全汉字ＷＩＮＤＯＷＳ界面，操纵方便灵活。
2、车间综合管理
　　在卷接包车间数据采集与管理系统中，车间综合管理作为其中的一个分系统，在整个系统中占有重要的地位，它以数据采集系统为基础，以人为线索，以机台为中心，将车间管理量化，为车间的管理现代化提供有力的科学手段。为此我们将其集中统一予以阐述。
特别说明

系统主要功能模块介绍
成本分析：
通过现场采集的数据，形成车间成本核算报告，掌握当前生产成本情况，分析成本率高低，生产率好坏的原因，为节约降耗提供分析性报告。

质量分析：
通过现场采集的数据，形成生产车间一级的质量分析报告，实时、动态地掌握当前质量指标，分析质量好坏原因，寻找提高产品质量途径，通过产品质量历史趋势进行预测。

设备分析
通过采集的基础数据，形成设备管理分析报告，掌握当前设备运行工况，分析设备作业率好坏原因，为设备维修、维护、改造及设备调度提供预见性报告。

综合管理：
可向指定机台或所有机台发送通知或其他调度指令，实现数据的自动转结，换班，换牌等功能。可从数采站上查询各种相关的质量体系文件数据及本机相关的生产数据。

信息查询：
为机台操作人员、维修人员提供备件、维修等全面的信息查询功能。

考勤管理：
通过网络从数据采集系统获取各班组机台人员出勤情况；输入车间后勤人员、管理人员出勤情况。对全车间人员出勤情况进行统计，作为
二级核算的依据。

效益工资：
本系统依据车间二级核算结果，根据车间各级职工的工作绩效（包括产量、消耗、备品、工艺、质量等），依据各岗位的岗位系数，对车间效益工资进行二次分配。分配结果经过车间统一调控和批准后下发执行，从而将员工工作绩效与个人收入密切挂钩，带动车间整体生产水平的提高。

生产统计与报表：
生产统计与报表主要完成产量、消耗数据的统计与报表生成。

系统维护：
对系统的代码库、系统的初始化、数据的完整性、系统用户管理等进行维护，以保证系统的正常使用。

3、原料管理机
　　实时响应各机台通过现场监测站发来的材料请求，打印出相应的原辅料发送单，及时向机台发送所需原辅料；
　　完成车间所需材料的入库和发放的计算机管理，高效、准确、方便；
　　可随时按产地、型号等查询、统计、打印各种材料的领取量、发放量和库存量。
　　如果车间具有小车送辅料系统和高架仓库管理系统，这部分信息可直接和该系统无缝连接将车间所需的材料请求通过厂级网络，送往厂原料部门。
　　该系统还可对使用记录的不同厂家、品牌，规格的各种生产用辅料的质量反馈信息进行反馈。

4、设备检修、维修管理机
本子系统有两个功能:
1、实时响应机台的维修请求，记录响应时间
2、对各机台建立详细的检修、维修记录，在此基础上实现设备检修、维修的科学化，降低设备故障率，提高生产效率。保存与机组开机、停机、维修相关的状态、参数、原因，次数、时间、类型等数据及维修用零配件的质量反馈信息。
5、数据采集与显示现场采集站
　　此现场数采站安装于各卷烟机（或包装机）上，与主控机房的数采管理机通过一对特制双绞线相连进行数据传输，传输距离可达１０千米。
　　在设计此装置时充分考虑到工业现场，特别是卷烟生产现场的强电干扰以及灰尘多等特点，为使系统可靠、采集精度高并能长时间工作于现场，现场采集站采用了
1、液晶屏显示
2、堆叠式工控
3、现场总线网络通信
便于现场安装的双层、密闭紧凑型工控机结构
4、多级电源隔离
5、看门狗技术
6、软件陷阱
　　结合多年来在传感技术方面的经验和当代最先进、可靠的工控技术,使系统达到了：可靠、准确、实用。

特别说明
1、该数采站具有以下技术指标：
采集速度：０－２００００／分
采集精度：≤３‰
采集通道：16，可扩充
断电数据保护时间：永久
连续运行无故障工作时间：>2000小时
联网通讯距离：１００００米  
运行环境温度  0℃ - 50℃
2、现场采集站的主要功能如下：
通过各种方式（安装相应传感器、从设备自身检测系统取数、直接从设备本身传感器获取信号等）实现卷接、包装、成型机组生产数据的实时采集与显示。
★可采集的科目如下：
      a.生产烟支数（箱）可换算成支
      b.盘纸消耗数（米）
      c.水松纸消耗数（米）
      d.滤嘴棒消耗数（支）
      e.铝箔消耗数（张）可换算成长度
      f.商标消耗数（张）
      g.条盒消耗数（张）
      h.小包玻璃纸、金拉线消耗数（张）可换算成长度
      i.条包玻璃纸消耗数（张）可换算成长度
      j.小包产量或条包产量（和入库数有差异）
k.设备的各种运行状态数据



★数据采集与显示现场采集站的显示内容：
数据显示采用彩色液晶屏以图形显示为主。

图5.8 辅材消耗图示
a．显示本机台所有检测数据，以及由这些数据计算出来的：如单箱耗盘纸、单箱耗嘴棒、单箱耗水松纸等。
  b. 显示其它机台的产量数据。使大家能随时了解整个车间的生产情况，最高产量及对应机台号、最低产量及对应机台号、本机台在目前生产中所处的名次。
   c. 显示指定年、月、日的班生产数据及各机台日、月生产进度图。由现场采集站上通过相应的请求功能完成。
    d. 显示通知、提示、欢迎致词等汉字信息。由主控机房微机取出需显示的任何汉字信息或临时键入的汉字信息，通过生产管理微机传送到各烟机上的采集现场采集站并显示出来。
其它功能：
a.　厂部管理人员和车间管理人员通过全厂网络，利用卷接包车间数据采集与管理系统可将生产、换牌等调度指令发送到现场的各个现场检测站上，各机台操作员也可在自己的现场检测站上向车间管理人员及时反映生产中出现的具体情况，实现生产实时调度。
b.　及时显示在生产现场抽检、厂部在库房抽检和市场反馈的本机台或全车间的质量数据，时刻提醒机台操作员关注产品质量，保障产品的质量稳定。
c.　各机台操作员可在自己的现场采集站上向车间原辅材料室微机管理系统提出材料请求，实现材料管理的科学化。

图５.1０ 原材料领用界面
d.各机台操作员可在自己的现场采集站上向车间维修管理微机提出设备维修请求，加快反映处理时间，提高生产效率。

图５.1１ 设备维修申请界面
e.各机台操作员可在自己的现场采集站随时察看月生产情况。

图５.1２ 班次显示及报表查看申请界面
f.　现场采集站上配备的岗位变动、班次、牌名等功能为实现车间综合信息管理提供了全面的信息。
g.　各机台操作员可在自己的现场检测站输入质量自检数据。
h.　数据传送及接收。将采集的各种数据实时传到主控机房的数采管理机。以使主控机房随时显示各机台生产数据，或提供给上位管理微机，服务于车间管理。随时接受主控机房的生产管理微机发送来的各种数据或图形，汉字信息。
i. 断电数据保护,永久保护。
四、数据采集系统的特点
    数据采集与管理系统，与中科院成都计算机应用研究所多年开发推广的ＷＹＪ系列卷接包车间生产数据综合管理系统的各项功能完全兼容。现场总线技术的使用，使得该套系统的功能具有以下优于其他系统的显着特征：
现场总线测控系统
具有实时请求功能
装置内部采用总线方式
现场检测站的采集通道可动态配置
显示设备及界面友好性提高档次
采集数据有逻辑互锁的灵活性
可靠实用的断电数据保护
数据远距离传输
安装维护的方便性
以上优点分述如下：
现场总线测控系统
通过现场总线将分布于车间各生产环节的检测站连结，构成一个现场总线测控系统，网上的各检测站独自完成自身的检测任务，并根据需要和其它检测站互通信息，任一检测站出现故障，都不会影响到其他检测站的工作。
上位管理微机和现场总线网构成二级分布式系统，它汇总所有信息，分类存储、打印等，为整个车间的管理工作提供及时服务。
具有实时请求功能
各检测站可实现原辅材料、设备维修、历史数据等实时请求和响应。
装置内部采用总线方式
各现场数采站的硬件皆采用功能模块设计。每块模板完成具体的功能，各块模板都按ＰＣ１０４总线标准设计。并可根据不同的功能要求配置相应的模板。总线方式的使用非常便于功能扩展和系统维护。
现场检测站的采集通道可动态配置
可根据检测点的多少配置采集通道板。每一现场检测站一般可同时采集８至１６路通道的数据，也可以根据要求增加，灵活方便。
显示设备及界面友好性提高档次
系统配有彩色液晶显示器，以显示实时生产数据及图形和汉字信息，显示内容丰富。
采集数据逻辑互锁的灵活性
为防止作弊和提高检测数据的准确性，常需要对采集的某些信号进行逻辑互锁。现场检测站内的参数模块的设计可使任何几个信号进行逻辑互锁。而为此却只需改变参数模块的值即可完成。
采集数据的灵活性
由于各现场检测站的智能化和多通道采集，可以采集到卷接、包装等非常丰富的生产数据，并备有多种数据接口和相关软硬件平台，而实时的数据处理又可以获得多种其它数据和对运行状态的判断及综合的生产数据。
可靠实用的断电数据保护
在生产过程中突然停电时，保证已采集的数据不丢失，在数据采集系统中具有非常重要的意义。为此，现场检测站内设计了非常可靠的断电数据保护电路。
数据远距离传输
采用的现场总线通讯方式保证了可靠的最大传输距离可达１０千米。
安装维护的方便性
由于是智能工作站方式，各现场检测站的相互独立，多机联网通信，功能模块化等一系列特点，决定了该系统安装及维护非常方便。
四、数据采集系统的未来发展趋势
数据采集系统的发展在统计功能已经做的很完善了，其准确性、实时性、数据的通用性已能够满足多方面的要求，其未来的发展趋势主要在以下两方面的应用上：
1、对采集到的数据进行智能性的分析。数据采集系统不但要做到对数据进行完善、准确的统计，随着系统的发展系统还应具有智能性的分析能力，特别是对采集到的机器运行状况数据，象对故障时间、故障率的统计基础上利用程序的对这些数据进行分析，形成结论性的结果以对备件使用周期、预防性维修等做出指导性作用。
2、增加特殊检测器对一些重要部件进行状态监控。随着设备管理的深入，预防性维修已经在维修工作中起到的作用越来越明显了，要做好这项工作就少不了先进的检测设备和专项的维修人员，在数据采集系统中加入该项功能是最为科学的处理方法，这样既可减少设备投资又可避免人员增加。例如：在卷烟机大风机上安装振动检测器，利用数据采集系统的计算机随时检测大风机的运行状况，通过专用软件对运行状况数据的分析及早发现设备的隐性故障，合理地安排检修时间。
五、我车间数据采集系统的应用
我车间的数据采集系统经过从01年的调研、02年的安装、调试、03年的试用，到现在已经4年了，通过4年的使用我感觉系统使用的效果不理想，与当初设计的初衷有一定的差距，这种差距的产生不在于系统设计的原因，而是由我厂的品牌生产规模和生产实际情况复杂性造成的。
我车间数据采集系统应用较好的方面表现在：
1、能准确地统计出各机台实时的产量、消耗数据，特别是形成的产量对比直方图，能够及时反映出各机台当时的运行状况。
2、数据采集系统主站能够查询各机台任意时段、班次的产量、消耗等基本数据。
3、能准确地统计出各卷烟机的残烟量。
4、在数据采集系统主站能够随时查看到各机台的设备运行状况。
5、各机台能够在机台上查询本机台的历史数据。
6、设备操作工和维修工能够利用数据采集系统查询本机型的常用备件图号。
7、主站能够发送各种信息到单机台或全部机台。
从理论上讲数据采集系统实时采集精确的现场数据，经过分析、处理，实现对生产活动进行指导、优化和报告。通过对变化情况的快速反应，减少附加值的行为，目的是为了提高工厂运行和处理的效率。但是，实际生产过程中较多的意外因素，严重干预了数采系统所采数据的真实性。
　　上半年我们制订出了详细的运行方案，方案每运行一个月就对数采采集的数据与车间统计实际数据进行对比分析，分析后我们发现除了实际产量与卷烟产量较接近外，其它指标即使按实际产量重新折算，结果也与实际消耗出入较大，而且找不到统一规律，使分析无法进行，原因主要有以下几方面：

一、生产方面
　1、换烟次数多。平均每台机器每月都要生产两种品牌卷烟，且中间又经常更换，数采系统是按牌号进行计算消耗的，车间却不分品牌考核消耗，所以使每次换烟造成数据的累计误差。
　2、有无条包包装的转换。同种卷烟因有无条包包装，使数采系统无法区分哪些产量有条盒哪些产量无条盒，所以条盒消耗也无法准确。
　3、装箱方式不一致。有些机台的条包不经过条输送系统就在机台上直接装箱，所以数采就统计不出该部分产量，产量的不准确就无从谈消耗。
　4、条输送出现故障。当条输送系统出现故障时，特别是大故障时，机台上的条包就直接装箱不经过条送的数据采集。
　5、检修试机的产量。每周日检修试机时的生产的产量也不经过条输送而入库。
　6、有质量问题的产量。当在拾条处发现有质量问题烟条时，就直接把该部分烟条返回机台，机台人员处理后序入机器，使该部分产量重复计数。
　　实际上，由于数采计量单位和我厂现有计量单位的不完全相同，能对比分析的项目也很有限，针对我厂现状只有卷烟机的盘纸、嘴棒，包装机的商标纸、条包纸可进行对比分析，而其它指标如：透明纸、铝箔纸、水松纸，数采用的是长度单位，我厂用的是重量单位，材料牌号和厂家的不同，致使长度和重量不能直接换算，所以利用数采系统对这几项消耗指标的考核，也是一个不能解决的问题。如果象其它厂一样机台整月生产的是同一种品牌，基本上使用同一厂家的原材料，对所有原材料进行逐机台考核是完全可行的。
　　成都烟厂是系统内数采系统运用比较好的单位，在数采项目刚刚开始之初，我厂就有部分技术人员去观摩过，他们也是作为二级考核的参考，今年，我部门又多次打电话询问数采系统的运行情况，基本上没有什么大的变化。
　　在方案运行过程中，我们也多次就我厂的实际情况和设备制造厂家中国科学院成都计算机研究所进行联系探讨，他们也说数据采集系统适合于集中化、大批量生产，针对我厂现状还是适用于二级考核参考或者决策层参考为好。