陶瓷墙地砖生产线实时监控和生产管理系统的实现

胡国金，吴启荣，邱 理，周 鹏

(广东科达机电股份有限公司，广东 佛山 528313)

陶瓷墙地砖生产线实时监控和生产管理系统的实现

胡国金，吴启荣，邱 理，周 鹏

(广东科达机电股份有限公司，广东 佛山 528313)

结合当前陶瓷墙地砖生产企业的现状和实际需求，设计和实施了一套陶瓷墙地砖生产线实时监控和生产管理系统。重点分析了该系统的总体架构、实时监控系统网络以及功能模块，并对系统实现中相关的关键技术进行了论述。

陶瓷墙地砖；生产管理系统；实时监控系统

随着市场经济的不断发展与完善，企业的生产管理也由原来的粗放型管理向精细化管理转变。传统的陶瓷生产原材料和能源消耗量大、综合生产效能不高，生产过程中产生大量废气、粉尘、废水、废料、噪声以及高温，严重影响了从业人员的身心健康，并易引发各种职业病。传统陶瓷生产设备都是以单套设备工作为主，设备之间关联较少，生产信息基本靠人工记录，生产调度困难，不能对生产过程中发生的各种实时状况(如设备状况、质量情况和人员情况等)进行及时监控和管理。针对这些现状，本文设计了一种基于工业以太网的陶瓷墙地砖生产线实时监控和生产管理系统。该系统旨在实现对陶瓷墙地砖生产线中各种生产设备的信息进行实时采集、整理、存储、监控和分析，同时满足对设备停机、检查和保养、工艺质量控制、生产现场控制、生产计划和调度等功能的需求，以便为企业生产决策提供准确、实时、全面的数据分析和管理平台。

1 实时监控和生产管理系统设计

整个系统主要分为两大功能模块：一是以WinCC系统为核心的生产线实时监控系统，该系统实现对生产设备各种实时信息进行采集、整理、存储、监控和分析；二是基于J2EE技术的实时生产管理系统，该系统通过Web Service通信技术与实时监控系统进行通信，获取生产的实时信息，满足对生产计划和调度、设备停机检查和保养、工艺质量控制、生产现场控制等多种生产管理需求。生产管理系统使用B/S架构模式，用户仅需有一个浏览器就能访问，系统界面友好统一，用户使用方便。

本系统的总体结构如图1所示，系统由实时数据采集、实时监控系统和生产管理系统3个部分构成。

图1 系统整体架构

实时数据采集网络是由陶瓷生产线上各类生产设备和检测设备通过工业总线连接构成，实现设备之间、设备与监控系统之间的实时数据通信，通过采集生产数据、工艺数据和设备状态数据，提供给监控系统和生产管理系统使用。

实时监控系统由WinCC系统和实时/归档数据库构成，该系统通过有线或无线以太网与实时数据采集网络通信，通过多种先进成熟的工业通信协议，如OPC、Modbus/TCP、TCP/IP等与生产设备进行通信，实现包括生产设备实时过程监控、设备状态报警、生产数据超限报警、实时数据采集/存储/归档、远程设备监控、历史数据分析、网络通信监控等功能。通过该系统，陶瓷墙地砖生产车间以及整厂的各级管理人员均能通过不同授权获取生产现场的运行数据，实时了解生产状况，实现墙地砖生产线的科学调度和管理。

生产管理系统是基于J2EE架构设计的整厂生产管理系统。该系统通过Web Service通信方式可以同时获取多个生产车间、多个工段、多条生产线的实时状况，并具有良好的扩展性。生产系统不但能实时记录生产过程中出现的各种情况，还能通过该系统实现生产订单管理、生产控制和调度、采购管理、质量管理、能耗管理、设备管理、仓储管理、自动报表等功能。

2 实时监控和生产管理系统的实现

实时数据采集网络是由生产设备和检测设备以及相关的通信网络构成，如图2所示。陶瓷墙地砖生产过程由原料制备、压制成型、施釉烧制、砖坯深加工、捡选包装等多个工序，以及制釉等辅助工序构成。整个生产过程使用很多不同供应商提供的设备，而这些设备没有统一的行业通信标准，难以构成通信网络。为此，根据大多数设备都支持的工业通信技术以及不同设备的通信需求，系统按不同传输速率需要选用多种工业通信协议，构成混合型通信网络,其中主要包括3种通讯协议，即Modbus-RTU(RS-485)、Profibus-DP、以太网(TCP/IP、Modbus-TCP、OPC)。为了协调各种设备不同传输速率的数据通信，减少对实时监控系统响应速度的影响，将使用带有PLC控制器的专用通信设备进行数据汇聚，减少上层设备的扫描时间。对于传输速率较低的Modbus-RTU通信设备，将通过Mod-DP网关把设备数据缓存起来，这些Mod-DP网关和其他使用Profibus-DP通信的设备一样，按DP通信协议把数据发送到中速率的Profibus-DP总线中，并在PLC S7-300中进行必要的存储和处理。经过专用通信设备对数据进行分类、过滤和整理后，通过以太网上传到上位机实时监控系统中。此外，该网络系统也能够以相反的传送方向把上位机的数据和控制指令发送到生产设备。

图2 实时数据采集网络和实时监控系统

陶瓷墙地砖生产线实时监控系统是基于西门子的WinCC组态软件设计的实时监控系统。由于现有的陶瓷生产设备大多数使用西门子的PLC控制器进行控制，使用WinCC系统具有天然的系统匹配优势，能有效减少系统的设计和实施风险。本系统通过工业以太网连接WinCC系统实现与生产设备以及通信设备的数据通信。在通信中使用包括OPC、TCP/IP、Modbus-TCP等多种通信协议，由于WinCC本身具备这些通信协议的解释模块，使得系统较容易实现和获得良好的系统稳定性。WinCC系统使用经过改良的MS SQL Server 2005作为实时数据库系统，进行数据记录和历史数据归档，使得系统具有稳定的数据处理能力。此外，实时监控系统还设计了一个专用的数据处理通信程序，它能够实现通过OPC通信协议读取WinCC系统中的实时数据。这些数据在转换成一种专用加密的数据格式后，以Web Service方式发送出去，这样既能有效地保护数据自身的安全性，又能有效地避免OPC通信带来的系统配置和通信问题。

陶瓷生产管理系统基于J2EE技术进行设计，使用MS SQL Server 2003作为数据库，以Tomcat6.0作为Web应用服务器进行应用发布。J2EE技术规范在企业级事务应用中具有明显优势，有大量开源的功能框架可以直接利用。本系统使用Struts2框架负责实现模型、视图、控制层分离，使得系统结构更清晰，易维护；通过Spring3组织中间层对象，进行业务对象管理；通过开源的Hibernate3.0对象关系映射框架，实现数据库以对象的方式进行开发；最终通过Freemaker模板引擎生成Web人机交互界面。此外，管理系统还有一个后台程序，实现与实时监控系统的Web Service通信以及数据转译，实时地把设备生产数据存储到生产管理系统的数据库中，以供整个生产管理系统使用。

3 结束语

目前，该套陶瓷墙地砖生产线实时监控和生产管理系统已经在某陶瓷厂实施和使用，并取得了较好的应用效果，该系统运行稳定，基本满足了用户对陶瓷整厂整线进行数字化管理的需要。通过该系统在陶瓷厂的成功应用，实现了陶瓷整厂整线生产管理由原来的粗放型管理向精细化管理转变。

[1] 屠志平，易孟林，林风，等. 基于网络技术墙地砖生产线控制系统集成[J] . 制造业自动化，2004(10)：39-41.

[2] 王文林，朱钒，朱位秋. 陶瓷墙地砖生产线自动化技术发展综述[J] . 中国陶瓷，2006，42(1)：4-7.

[3] 吴启荣，胡国金. 陶瓷墙地砖生产线实时监控系统设计[J] . 制造业自动化，2013，35(1)：30-32.

DevelopmentofReal-timeMonitoringandProductionControlSystemforProductLineinCeramicTileandBrickWorks

HU Guojin, WU Qirong, QIU Li, ZHOU Peng

(Guangdong Keda Electrical and Mechanical Co., Ltd., Guangdong Foshan, 528313, China)

Combining with the status and actual demand of the ceramic tile and brick enterprises, it designs a read-time monitoring and production control system. It shows the detail about the real-time monitoring network, overall structure and functional module of the system, and some relative key technologies during the system implementation.

Ceramic Tile; Production Control System; Real-time Monitoring System

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.02.012

2013-12-16

广东省第二批省战略性新兴产业发展专项资金资助项目(2011912038)

胡国金(1966—)，男，江西南昌人，广东科达机电股份有限公司高级工程师，硕士，主要研究方向制造业信息化、供应链管理等。

TP278

A

2095-509X(2014)02-0057-03