宝鸡钢管车间的过程控制数据采集系统

高振宇

摘 要

宝鸡石油钢管有限责任公司（下称宝鸡钢管公司）下属各企业为解决企业计划管理层和过程控制层的信息数据孤岛，根据本企业车间实际情况，搭建车间过程控制数据采集系统，实现生产执行层与过程控制层数据的有效集成。本文就该数据采集系统的软件架构、硬件架构、应用效果等进行详细阐述，分析讨论目前该数据采集系统的优缺点，并对其未来提升完善方向提出切实有效的建议。

【关键词】宝鸡钢管 MES 数据采集系统

1 引言

生产制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES），是企业CIMS信息集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。以MES数据采集与现场监控功能模块为核心，通过配套改造中的基础自动化的改造，搭建车间过程控制数据采集系统，是宝鸡钢管公司MES项目实施的重点工作之一。

2 系统架构

根据MES项目的整体的三层网络（即控制层、执行层、办公层）架构部署，数据采集系统在控制层搭建统一的数据采集平台，并与cimplicity软件建立数据通讯，完成车间过程控制数据的采集、存储与应用。

车间过程控制数据采集系统共分数据采集层、数据存储层、数据应用层，其中数据采集层通过MES配套改造项目建设，在控制层网络中建设，数据存储层、数据应用层即为MES数据采集与现场监控功能模块，在执行层网络中进行建设。

2.1 数据采集层

该层是指通过配套改造建设的车间控制网络及数据采集平台。针对各企业车间不同的情况，有多种类型PLC（西门子、三菱、欧姆龙、AB等等）、有专业系统（组态王等）、有各类仪器仪表（数显表、机械表、能源表等）。

根据过程控制数据采集的稳定、准确、及时、安全性要求以及集团公司信息化相关标准，数据采集层网络主要组网设备采用工业级环网交换机，环网通过工业 Turbo Ring协议，在网络故障异常时，迅速恢复网络联机的高速冗余环网机制，确保各种工业应用网络持续不间断的运作，选取其中一个环网交换机与OPC服务器共同连接接入交换机，数据采集层的不同设备统一通过以太网接入环网交换机，组成完整的数据采集层网络（控制网）。

本系统借鉴国际先进实践，结合宝鸡钢管公司下属各家企业过程控制系统多样性的实际，过程控制数据是基于OPC技术，上传至MES系統中，实现数据的采集。在上述OPC服务器中采用Wincc、Kepware等软件建设统一的数据采集平台，向下可以与不同类型的PLC、仪表等硬件设备通过以太网实现无缝连接，采集各类实时数据，向上可以作为OPC服务端通过OPC通讯协议、DCOM接口（应用于两台服务器之间）与MES的IGS（OPC客户端）进行通讯。

2.2 数据存储层

由Cimplicity Server完成MES的数据采集之后，有两种方式进行数据存储：

2.2.1 与历史数据库

GE Proficy平台的Historian以OPC方式进行数据通讯，具体是通过Historian软件组件的 Historian v4.5 collector中的CIMPLICITY.HMI.OPCServer.1来实现Cimplicity Server（server端）和Historian（client端）的数据通讯，Historian数据存储通过设置频率进行扫描。

2.2.2 与关系数据库

通过Cimplicity Server的basic control engine和database logger功能，以ODBC方式与SQL Server建立连接，在特定的条件下如固定时间触发、point触发、固定频率触发、报警点触发等存储数据，其中basic control engine可以执行调用程序、给点赋值等多个动作，该方式主要用于关系型数据或低频率的实时数据的存储。

3 数据应用

在上面提到，过程控制数据的应用包括两类，主要实现的功能有数据实时监控；数据提取；历史数据查询；能源统计数据查询；报警监控与历史报警查询等。下面对目前实现的主要功能做一个简单介绍：

3.1 数据实时监控

通过过程控制数据采集系统采集的数据包括设备状态、工艺参数等以实时值、状态显示、趋势图等形式给予展示，工艺人员、设备人员等可以很直观的实时的查看到这些信息。

3.2 数据提取

与MES生产跟踪模块集成，通过过程控制数据采集系统实时获取岗位记录所需的工艺参数等数据，有效降低操作人员数据录入量。

3.3 历史数据查询

钢管的工艺参数如水压值、油压值等存储时是与钢管号进行关联存储的，通过钢管号可查询其在某岗位加工时的工艺参数值，供管理人员、工艺人员等追溯。

3.4 能源统计数据查询

根据各企业需求，通过过程控制数据采集系统进行定时的能源数据采集、存储，并形成按班、按天的能源数据统计，为企业节能降本增效、车间成本考核提供基础数据。

3.5 报警监控与历史报警查询

通过过程控制数据采集系统对设备报警信号进行实时监控，同时可查询设备的历史报警信息，方便设备维修人员及时处理问题，经验总结等。

4 总结

本文是对装备MES项目在宝鸡钢管公司各企业实施的过程中车间过程控制数据采集系统的建设进行总结，主要包括以下几方面：

（1）系统软硬件架构的介绍；

（2）系统应用效果；

（3）系统优势分析。

过程控制数据采集系统的建设，是生产企业信息化体系中重要的一环，它打通了底层控制层和中间执行层的数据通道，并且具有准确、及时、有效、稳定等特点，能够为MES系统提供数据支撑，工厂管理层能够及时、直观查看设备情况、物料分布、工艺参数等，提升管理水平，岗位人员也能够减少数据录入量，有效降低工作量。

通过MES项目及本系统的建设，提升了自动化水平，极大的促进企业信息化的步伐，达到了车间信息化从无到有的跨越，实现工业化与信息化的初步融合，同时积累了大量钢管企业信息化建设经验，为未来企业信息化的进一步发展与完善奠定了良好的基础。

参考文献

[1]饶运清.MES-面向制造车间的实时信息系统[J].信息技术，2002（02）：61-62.

[2]邓全亮，邹益仁.基于OPC技术的系统集成[J].计算机应用研究，2005（01）：160-161.

作者单位

辽阳石油钢管制造有限公司 辽宁省辽阳市 111003endprint