烟草卷接包生产设备主要辅材消耗数据采集的探索

摘 要 介绍南京卷烟厂为解决烟草卷接包生产设备主要辅材消耗数据不够准确的问题，通过从设备电控系统端子排取信号及加装光电传感器检测辅材，并将采集信号经PLC处理上传服务器，从而提高了数据采集精度。

关键词 数据采集；烟草；卷接包；消耗

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0082-03

2010年起国家烟草专卖局在全行业全面推进“卷烟上水平”，并开展“优秀卷烟工厂”创建活动，南京卷烟厂（以下简称“南烟）”作为首批评选试点单位（工厂）。南烟卷接包生产设备主要辅材实际消耗指标在行业内不领先，个别指标偏差，急需提升水平。近期打算解决辅材消耗数据不够准确的问题，努力提高数据采集精度。

表1 “优秀卷烟工厂”评选标准中的卷接包主要辅材消耗指标要求

评价指标名称 评分标准

单箱耗嘴棒量（支/箱） 10510以上得3分；10510～10485得4分；

10485（含）～10465得5分；低于10465得6分。

单箱耗盘纸量（米/箱） 2980以上得3分；2980～2975得4分；

2975（含）～2970得5分；低于2970得6分。

单箱耗商标纸量 （张/箱） 2510以上得3分；2510～2508得4分；

2508（含）～2505得5分；低于2505得6分。

1 当前现状

1.1 设备电控

表2 南烟卷接包机组类别及型号

类别 卷接机型 包装

机型 数量 备注

中速机组 PROTOS 70（ZJ17）、GD 121 GD X2（ZB45） 15 卷烟机电控已全部改为PLC

细支机组 PROTOS 1-8 GD X2 2 2012年初其中1组等待到货

高速机组 GD 121PLUS GD H1000 3 2012年初其中1组正在调试

拟在中速机组（PROTOS 70、GD X2）上进行卷接包主要辅材消耗数据采集探索试点，如果试点效果比较理想再适时进行推广。

1.1.1 卷接机

PROTOS 70（ZJ17）卷接机设备电控系统为PLC控制，在工控机上运行，操作系统为WIN XP。有辅材嘴棒、盘纸和水松纸的消耗统计，但采用的方法是在正常生产情况下通过产量换算减去剔除计算而得，未考虑跑条、手工盘车等异常情况。

一般情况下卷接辅材消耗统计精度在10‰左右，不能满足实际管理需求。由于设备引进、改造的时机不尽相同，设备电控程序版本有很多种（版本有4.0.2.7、5.2.1.3、5.4.1.6、5.4.2.1、5.5.0.0、5.5.1.7、5.5.2.2、5.5.2.4），设备电控厂商不愿意单独进行研发。

1.1.2 包装机

GD X2（ZB45）包装机设备电控系统为MICROⅡ，内部采用GDLAN专用协议，显示界面为英文，部分机组进行了汉化。没有主要辅材商标和条盒的消耗统计，只有产量和剔除数据，没有手工盘车、纸堵塞等异常情况的统计。

生产较正常的情况下包装辅材消耗统计精度在5‰左右，不能满足实际管理需求。

由于设备电控技术掌握在国外原厂商手中，国内为技术引进，并且程序版本也有多种，改造难度大。

1.2 数采系统

南烟卷包数据采集系统于2009年10月验收正式投入使用。数采系统建设时为保证实施效果，制定了“从设备电控取数，不额外加装装置”的原则，设备采集数据范围限定为设备电器系统本身已具备的、不需要改造、可采集的。消耗统计数据与设备电控系统一样。

1.2.1 卷接机

在设备操作终端（工控机）上的安装数据采集软件，采用智能侦听方式，实时获取设备操作终端上终端程序已有的各种数据。设备操作终端通过工业以太网与数采应用服务器相连，实现设备实时数据的自动采集。

图1 PROTOS 70（ZJ17）数采系统采集方案示意图

1.2.2 包装机

在设备电控柜内安装一台数据采集器，通过数据采集器上的ARCNET网卡直接连入MICROII控制系统，使其成为GDLAN网络的一个节点。数据采集器按照数据通信协议的规范向CNT发送数据请求指令和参数控制指令，同时根据该规范对所接收的数据包进行正确的处理，实现设备各种数据的实时采集。数据采集器通过工业以太网与数采应用服务器相连，实现设备实时数据的自动采集。

图2 GD X2（ZB45）数采系统采集方案示意图

1.3 要料系统

南烟辅材要料系统通过机台操作工要料、AGV小车整托盘来送料，系统中有领用数据，并通过接口将单据传递到公司ERP系统中。但存在人工送料，零料不统计，未启用虚拟退料的情况。

1.4 消耗统计

生产制造处会计在公司ERP系统中根据产量和领用量（含自动和人工领料）进行统计，缺乏科学和有效的手段进行精确统计，内部考核只到机台未细分到班组。辅材消耗分析的精度、深度以及实时性都不能满足实际管理需求。

1.5 探索试点

综上现状，如要实现消耗精确统计及可细分到班组等要求，则必须采用其他技术手段。

据了解行业内很多单位也在重点关注辅材消耗，只是成熟案例很少，各单位的机型不尽相同，实施单位也不同，与南烟现有数采系统不能完全兼容，尚不能直接拿来用。

经商讨确定在南烟中速机组（PROTOS 70、GD X2）上进行卷接包主要辅材消耗数据采集探索试点，如果试点效果比较理想再适时进行推广。endprint

2 技术方案

2.1 卷接机

从卷烟机电控系统端子排提取信号（车速、盘纸移动、跑条、总烟、嘴棒缺支、好烟、水松纸气阀），接入采集信号整理板，经处理后再接入采集PLC。采集PLC对信号进行采集与计算。利用现有的数据采集系统的网络、服务器和应用系统，上传数据并进行展示。设计精度≤3‰。

图3 PROTOS 70（ZJ17）辅材消耗采集方案示意图

2.2 包装机

从包装机电控系统端子排提取信号（商标检测），在商标、条盒传输通道上安装对射式光电传感器，在动作机构上安装霍尔传感器，接入采集信号整理板，经处理后再接入采集PLC。采集PLC对信号进行采集与计算。利用现有的数据采集系统的网络、服务器和应用系统，上传数据并进行展示。设计精度≤0.3‰。

图4 GD X2（ZB45）辅材消耗采集方案示意图

图5 条盒传感器安装位置

2.3 网络设计

利用现有数据采集系统的西门子光纤环网，上连厂中心机房。

3 测试结果

由相关部门组成测试小组，制定了较科学的详细测试方案，分工细致、杜绝人为干扰因素，并对测试全过程进行监督，确保测试结果真实有效。共进行了四次测试，每次测试后都当场统计测试数据，之后深入分析测试结果，查找分析差异产生原因，并不断完善。最后一次的测试结果比较好，各品种辅材消耗采集精度均达到试点精度要求，并能满足内部管理需求。具体如下。

1）卷接机，见表3。

表3 卷烟机辅材实测精度统计表

序号 辅材名称 单位 电控值 数采值 实测值 设计

精度‰ 实测精度‰

1 嘴棒 支 258826 258826 258806.8333 ≤3 -0.07

2 盘纸 米 93165 93319 93296.60 ≤3 -0.24

3 水松纸 米 20930 20966 20963.66 ≤3 -0.11

注：实测精度={（实测值-电控值）/实测值}*1000

2）包装机，见表4。

表4 包装机辅材实测精度统计表

序号 辅材

名称 单位 电控值 数采值 实测值 设计精度‰ 实测精度‰

1 商标 张 81176 80985 80982 ≤0.3 -0.04

2 条盒 张 8067 8067 8067 ≤0.3 0.00

注：实测精度={（实测值-电控值）/实测值}*1000

4 结束语

本次卷接包主要辅材消耗数据采集的探索，充分利用了南烟现有数据采集系统，除从设备电控端子排接线、额外加装光电传感器和采集用PLC、增加消耗采集数据点外，未改变现有系统和操作流程。系统运行稳定可靠，数据采集精度高、实时传送。数据有历史汇总，方便统计分析。通过试点获得了第一手有效数据，为后期工作开展打下扎实基础。

虽说取得了一定成效，但是仍有不少待改进的地方。从技术方面来说，光电传感器安装位置的合理性、可维护性及考虑如何减少粉尘等不可抗因素对于采集精度的影响，需要在今后实践中加以完善。试点只在一套中速机组上进行，推广到所有中速机时是否存在差异性，如PROTOS 1-8；高速机上未做试验，随着设备的逐步引进，高速机将占主导地位，是否也能有效采集，尚待检验。从管理方面来说，厂生产制造处将根据内部管理需求提炼出数据统计分析等新的功能要求，从而形成程序开发管理新需求。

另外，全行业持续开展卷烟全面上水平，南烟2012年刚成为创优标兵，将面临着保优、提优的压力，行业和公司的新要求也将形成系统不断完善、应用不断深入的输入来源。

参考文献

[1]沈兰荪.数据采集技术[M].北京：中国科学技术大学出版社，1990.

[2]肖忠祥，孟开无，等.数据采集原理[M].西安：西北工业大学出版社，2001.

[3]陈鍊.数据采集方法[M].北京：中国审计出版社，2001.

[4]周秀云，等.光电检测技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

[5]王华忠.监控与数据采集（SCADA）系统及其应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[6]接道良.烟草企业自动数据采集系统的研究与实践[J].自动化仪表，2006，27（3）：52-55.

[7]陈华斌.数据采集系统在卷接包生产中的应用[J].自动化博览.2007，2（1）：50-52.

[8]师武旗，李学军.卷接包数据采集管理系统的设计[J].电子产品世界，2010（3）：40-41，68.

[9]李新建，等.卷包车间生产过程数据采集与集控系统[J].硅谷，2012（21）：89-90.

[10]庞晓晖，等.高速数据采集系统的设计与实现[J].仪器仪表学报，2000，21（3）：297-300.

[11]何善君，陈志平.卷包车间数据采集系统的设计与应用[J].烟草科技，2009（10）：26-29.

[12]严鹏飞.浅谈烟草企业卷包数采系统与烟机设备自身电控采集系统的原理与特点[J].企业技术开发，2012，31（4-7）：3-5.

作者简介

蒋华元（1972-），江苏泰兴人，工程师，从1999年9月起一直从事信息化工作，参与企业ERP项目建设，负责数采系统和生产制造执行系统的建设，负责多个系统的运维和管理，研究方向：企业信息化应用。endprint

2 技术方案

2.1 卷接机

从卷烟机电控系统端子排提取信号（车速、盘纸移动、跑条、总烟、嘴棒缺支、好烟、水松纸气阀），接入采集信号整理板，经处理后再接入采集PLC。采集PLC对信号进行采集与计算。利用现有的数据采集系统的网络、服务器和应用系统，上传数据并进行展示。设计精度≤3‰。

图3 PROTOS 70（ZJ17）辅材消耗采集方案示意图

2.2 包装机

从包装机电控系统端子排提取信号（商标检测），在商标、条盒传输通道上安装对射式光电传感器，在动作机构上安装霍尔传感器，接入采集信号整理板，经处理后再接入采集PLC。采集PLC对信号进行采集与计算。利用现有的数据采集系统的网络、服务器和应用系统，上传数据并进行展示。设计精度≤0.3‰。

图4 GD X2（ZB45）辅材消耗采集方案示意图

图5 条盒传感器安装位置

2.3 网络设计

利用现有数据采集系统的西门子光纤环网，上连厂中心机房。

3 测试结果

由相关部门组成测试小组，制定了较科学的详细测试方案，分工细致、杜绝人为干扰因素，并对测试全过程进行监督，确保测试结果真实有效。共进行了四次测试，每次测试后都当场统计测试数据，之后深入分析测试结果，查找分析差异产生原因，并不断完善。最后一次的测试结果比较好，各品种辅材消耗采集精度均达到试点精度要求，并能满足内部管理需求。具体如下。

1）卷接机，见表3。

表3 卷烟机辅材实测精度统计表

序号 辅材名称 单位 电控值 数采值 实测值 设计

精度‰ 实测精度‰

1 嘴棒 支 258826 258826 258806.8333 ≤3 -0.07

2 盘纸 米 93165 93319 93296.60 ≤3 -0.24

3 水松纸 米 20930 20966 20963.66 ≤3 -0.11

注：实测精度={（实测值-电控值）/实测值}*1000

2）包装机，见表4。

表4 包装机辅材实测精度统计表

序号 辅材

名称 单位 电控值 数采值 实测值 设计精度‰ 实测精度‰

1 商标 张 81176 80985 80982 ≤0.3 -0.04

2 条盒 张 8067 8067 8067 ≤0.3 0.00

注：实测精度={（实测值-电控值）/实测值}*1000

4 结束语

本次卷接包主要辅材消耗数据采集的探索，充分利用了南烟现有数据采集系统，除从设备电控端子排接线、额外加装光电传感器和采集用PLC、增加消耗采集数据点外，未改变现有系统和操作流程。系统运行稳定可靠，数据采集精度高、实时传送。数据有历史汇总，方便统计分析。通过试点获得了第一手有效数据，为后期工作开展打下扎实基础。

虽说取得了一定成效，但是仍有不少待改进的地方。从技术方面来说，光电传感器安装位置的合理性、可维护性及考虑如何减少粉尘等不可抗因素对于采集精度的影响，需要在今后实践中加以完善。试点只在一套中速机组上进行，推广到所有中速机时是否存在差异性，如PROTOS 1-8；高速机上未做试验，随着设备的逐步引进，高速机将占主导地位，是否也能有效采集，尚待检验。从管理方面来说，厂生产制造处将根据内部管理需求提炼出数据统计分析等新的功能要求，从而形成程序开发管理新需求。

另外，全行业持续开展卷烟全面上水平，南烟2012年刚成为创优标兵，将面临着保优、提优的压力，行业和公司的新要求也将形成系统不断完善、应用不断深入的输入来源。

参考文献

[1]沈兰荪.数据采集技术[M].北京：中国科学技术大学出版社，1990.

[2]肖忠祥，孟开无，等.数据采集原理[M].西安：西北工业大学出版社，2001.

[3]陈鍊.数据采集方法[M].北京：中国审计出版社，2001.

[4]周秀云，等.光电检测技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

[5]王华忠.监控与数据采集（SCADA）系统及其应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[6]接道良.烟草企业自动数据采集系统的研究与实践[J].自动化仪表，2006，27（3）：52-55.

[7]陈华斌.数据采集系统在卷接包生产中的应用[J].自动化博览.2007，2（1）：50-52.

[8]师武旗，李学军.卷接包数据采集管理系统的设计[J].电子产品世界，2010（3）：40-41，68.

[9]李新建，等.卷包车间生产过程数据采集与集控系统[J].硅谷，2012（21）：89-90.

[10]庞晓晖，等.高速数据采集系统的设计与实现[J].仪器仪表学报，2000，21（3）：297-300.

[11]何善君，陈志平.卷包车间数据采集系统的设计与应用[J].烟草科技，2009（10）：26-29.

[12]严鹏飞.浅谈烟草企业卷包数采系统与烟机设备自身电控采集系统的原理与特点[J].企业技术开发，2012，31（4-7）：3-5.

作者简介

蒋华元（1972-），江苏泰兴人，工程师，从1999年9月起一直从事信息化工作，参与企业ERP项目建设，负责数采系统和生产制造执行系统的建设，负责多个系统的运维和管理，研究方向：企业信息化应用。endprint

2 技术方案

2.1 卷接机

从卷烟机电控系统端子排提取信号（车速、盘纸移动、跑条、总烟、嘴棒缺支、好烟、水松纸气阀），接入采集信号整理板，经处理后再接入采集PLC。采集PLC对信号进行采集与计算。利用现有的数据采集系统的网络、服务器和应用系统，上传数据并进行展示。设计精度≤3‰。

图3 PROTOS 70（ZJ17）辅材消耗采集方案示意图

2.2 包装机

从包装机电控系统端子排提取信号（商标检测），在商标、条盒传输通道上安装对射式光电传感器，在动作机构上安装霍尔传感器，接入采集信号整理板，经处理后再接入采集PLC。采集PLC对信号进行采集与计算。利用现有的数据采集系统的网络、服务器和应用系统，上传数据并进行展示。设计精度≤0.3‰。

图4 GD X2（ZB45）辅材消耗采集方案示意图

图5 条盒传感器安装位置

2.3 网络设计

利用现有数据采集系统的西门子光纤环网，上连厂中心机房。

3 测试结果

由相关部门组成测试小组，制定了较科学的详细测试方案，分工细致、杜绝人为干扰因素，并对测试全过程进行监督，确保测试结果真实有效。共进行了四次测试，每次测试后都当场统计测试数据，之后深入分析测试结果，查找分析差异产生原因，并不断完善。最后一次的测试结果比较好，各品种辅材消耗采集精度均达到试点精度要求，并能满足内部管理需求。具体如下。

1）卷接机，见表3。

表3 卷烟机辅材实测精度统计表

序号 辅材名称 单位 电控值 数采值 实测值 设计

精度‰ 实测精度‰

1 嘴棒 支 258826 258826 258806.8333 ≤3 -0.07

2 盘纸 米 93165 93319 93296.60 ≤3 -0.24

3 水松纸 米 20930 20966 20963.66 ≤3 -0.11

注：实测精度={（实测值-电控值）/实测值}*1000

2）包装机，见表4。

表4 包装机辅材实测精度统计表

序号 辅材

名称 单位 电控值 数采值 实测值 设计精度‰ 实测精度‰

1 商标 张 81176 80985 80982 ≤0.3 -0.04

2 条盒 张 8067 8067 8067 ≤0.3 0.00

注：实测精度={（实测值-电控值）/实测值}*1000

4 结束语

本次卷接包主要辅材消耗数据采集的探索，充分利用了南烟现有数据采集系统，除从设备电控端子排接线、额外加装光电传感器和采集用PLC、增加消耗采集数据点外，未改变现有系统和操作流程。系统运行稳定可靠，数据采集精度高、实时传送。数据有历史汇总，方便统计分析。通过试点获得了第一手有效数据，为后期工作开展打下扎实基础。

虽说取得了一定成效，但是仍有不少待改进的地方。从技术方面来说，光电传感器安装位置的合理性、可维护性及考虑如何减少粉尘等不可抗因素对于采集精度的影响，需要在今后实践中加以完善。试点只在一套中速机组上进行，推广到所有中速机时是否存在差异性，如PROTOS 1-8；高速机上未做试验，随着设备的逐步引进，高速机将占主导地位，是否也能有效采集，尚待检验。从管理方面来说，厂生产制造处将根据内部管理需求提炼出数据统计分析等新的功能要求，从而形成程序开发管理新需求。

另外，全行业持续开展卷烟全面上水平，南烟2012年刚成为创优标兵，将面临着保优、提优的压力，行业和公司的新要求也将形成系统不断完善、应用不断深入的输入来源。

参考文献

[1]沈兰荪.数据采集技术[M].北京：中国科学技术大学出版社，1990.

[2]肖忠祥，孟开无，等.数据采集原理[M].西安：西北工业大学出版社，2001.

[3]陈鍊.数据采集方法[M].北京：中国审计出版社，2001.

[4]周秀云，等.光电检测技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

[5]王华忠.监控与数据采集（SCADA）系统及其应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[6]接道良.烟草企业自动数据采集系统的研究与实践[J].自动化仪表，2006，27（3）：52-55.

[7]陈华斌.数据采集系统在卷接包生产中的应用[J].自动化博览.2007，2（1）：50-52.

[8]师武旗，李学军.卷接包数据采集管理系统的设计[J].电子产品世界，2010（3）：40-41，68.

[9]李新建，等.卷包车间生产过程数据采集与集控系统[J].硅谷，2012（21）：89-90.

[10]庞晓晖，等.高速数据采集系统的设计与实现[J].仪器仪表学报，2000，21（3）：297-300.

[11]何善君，陈志平.卷包车间数据采集系统的设计与应用[J].烟草科技，2009（10）：26-29.

[12]严鹏飞.浅谈烟草企业卷包数采系统与烟机设备自身电控采集系统的原理与特点[J].企业技术开发，2012，31（4-7）：3-5.

作者简介

蒋华元（1972-），江苏泰兴人，工程师，从1999年9月起一直从事信息化工作，参与企业ERP项目建设，负责数采系统和生产制造执行系统的建设，负责多个系统的运维和管理，研究方向：企业信息化应用。endprint