制絲質量檢測儀器數采集成系統設計

林苗俏

制絲質量檢測儀器數采集成系統設計

林苗俏

龍巖煙草工業有限責任公司

隨著制絲信息化、自動化水平的不斷提高，制絲各種質檢儀器逐步替代了繁瑣的手工操作，但儀器均具有較強的針對性和獨立性，通過先進的計算機和網絡技術，設計出一套制絲質檢儀器數采集成系統，實現各種檢測數據的集中管理，并進一步提高檢驗工作效率。

質量檢測 儀器 數采 集成系統 設計

隨著制絲信息化、自動化水平的不斷提高，制絲工段中各種質檢儀器逐步替代了繁瑣的手工操作，但檢測儀器針對不同的檢測項目具有較強的獨立性，目前煙草行業中普遍采用人工報表或采用人工錄入報表系統的方式來記錄儀器的檢測數據，這將影響檢測的效率且易造成人為失誤。若能將各種檢測儀器的檢測數據通過計算機和網絡技術進行集成，通過數據采集后經系統自動歸屬并計算判斷，可大大減少人為失誤，并提高檢驗工作的效率。

1 數據采集技術框架

質檢儀器的數據采集系統采用通信設備NPort Server Lite，即工業級的串口設備聯網服務器。該設備可同時支持多個RS-232或RS-422/485串口數據通信，可將PLC、CNC、質檢儀器等串口設備連接到10/100 Mbps以太網上。NPort Server Lite設備聯網服務器內帶有液晶顯示器，用來顯示數據通訊狀態，并可直接通過面板操作按鈕選擇操作模式或配置參數，如IP地址、子網掩碼和網關等，也可監視服務器及數據傳送狀態，為此自身就能完成其網絡的配置。

隨著企業信息化程度深入，串口通訊和信號線路長度也會不斷增加，而通過NPort Server連接的串口設備可分散到企業的任何位置，結合TCP/IP網絡的優點便可實現其與Windows NT/2000、Windows 95/98/ME及Unix系統之間的通訊。為此，NPort Server通過Ethernet/Internet可實現不同樓層、廠房、區域、城市甚至不同國家之間各種串口設備的控制。利用該設備還可快速地對各串行口進行操作訪問，與計算機訪問自身的串口設備一樣，對連接到該設備的串口儀器進行讀寫。相對于PCI總線中插入串口卡的方案來說，它極少地占用總線和CPU時間，是一臺主機對多串口操作，多主機共享串口設備的最好方法。

1.1 數據采集驅動設計及處理流程

數據采集軟件驅動為組件式開發，對于不同類型的質檢儀器采用獨立的采集驅動，再根據不同設備的輸出來解碼數據，最終通過標準的OPC協議進行發布，如DD60A填充儀原始數據為ASCII碼格式，通過采集驅動的設計實現對該格式的解碼并最終完成其數據的OPC發布。

由圖1可看到，設計上增加了一個數據緩存池堆棧來暫存數據，確認質檢儀器服務端與集成系統客戶端的通信信號正常后再把數據發布到OPC Item（為防止內存溢出，緩沖池設置了最大值邊界，當緩沖池數據緩存數大于邊界值時，采用先進先出原則發布數據到OPC Item），從而避免OPC協議的數據實時性而丟失采集數據。

1.2 數采集成系統組件結構設計

煙廠的制絲過程中，產品檢驗項目包括物料含水率、煙絲整絲率、煙絲碎絲率、煙絲填充率、香精香料折光密度和檢驗室環境溫濕度等，所用的檢測儀器包括烘箱、電子天平、振動篩、MW3300微波水份儀、DD60A填充儀和溫濕度儀等，烘箱和振動篩分別用于檢測物料含水率和煙絲結構（整絲率、碎絲率），兩者均根據檢測前后樣品重量的變化計算出實際檢測值，故其與電子天平測量結果有關，通過電子天平稱重數據的采集便可實現檢測結果的自動計算。整個數采集成系統網絡結構如圖2所示。

1.3 集成系統數采數據結構設計

圖1 儀器數采驅動總體設計流程圖

圖2 數采集成系統組件結構圖

表1 質檢數據項記錄

表2 OPC ITEM數據記錄

系統設計通過單件模式來封裝上述兩個數據結構，采用動態數組或TStringList技術來實現單件模式的數據容器類，實現數據緩沖池及OPC數據Item容器的全局訪問，單件模式的設計上能夠很好的滿足全局訪問和實例唯一性的要求。

1.4 外部接口

Serial Communication OPC Server服務程序通過硬件串口通信協議與質檢儀器獲得連接讀取儀器串口輸出數據。

服務程序通過OPC DA2.0標準通信協議通過OPC Item向外發布數據。

2 集成系統操作終端技術架構設計

根據上述設計要求，通過數據采集驅動與質檢儀器的通信，直接從串口上獲取每次質檢數據，并通過標準的OPC通信協議接口發布。同時，數據處理終端系統可實現檢驗單據的登記和維護。圖3所示為烘箱含水率檢測數采終端界面。

圖3 烘箱含水率檢測數采終端界面

圖3中相關變量的計算關系為：

OV(%)=(W1-W2)/(W1-W0)×100%

式中，OV（%）—樣品含水率實測值；W0(g)—空樣盒重；W1(g)—樣品烘前濕重（含空樣盒重）；W2(g)—樣品烘后干重（含空樣盒重）。

為了方便檢驗員進行含水率計算，系統應用前，樣品重保持為10g，不宜有偏差以便于人工計算。系統應用后，樣品重量范圍為10±1g，通過系統并實現含水率自動計算，大大提高了稱重效率，并使得樣品外部滯留時間大為減少，從而降低了含水率檢測前的散失，確保產品檢測數據的有效性和準確性。

根據不同的質檢項目和不同的設備儀器，可設計操作模式類似、操作界面略為不同的質檢員終端界面，不同類別的檢測數據可根據批次任務號進行關聯，為管理層對批次質量的分析評價提供了清晰的數據來源。

3 結束語

制絲質量檢測儀器數采集成系統的設計并成功應用，理順了檢驗室的各項作業流程，通過檢驗室環境溫濕度的實時監控，確保所有制絲過程產品質量檢測數據的有效性。所有檢測結果的計算、修約、判定、統計等均實現自動計算，最大限度減少了人工干預，加快數據傳遞的速率，減少了人為差錯的概率，為質量分析評價人員做出快速正確的判斷、及時指導制絲生產環節提供了有利的保障。

[1] 楊蕾.實驗室信息管理系統在煙草質檢實驗室的應用[J].分析儀器, 2009, (1): 60-64.

[2] 李欣, 李皓.信息技術在質檢系統業務流程管理中的應用[J].中國電子商務, 2009，(9):63.

[3] 王雙慶,邢建春,等.基于Nport串口服務器的人防工程智能設備集成[J].工業控制計算機.2008,21(8):8-10.

[4] 趙朝陽,胡泳軍,等.基于PLC和OPC技術的信息集成的研究和應用[J].電氣自動化, 2007,29(2):22-23.

[5] 代峰燕,王書茂, 等. 用LabWindows/CVI實現Moxa NPor Serve串口通信的方法[J].微計算機信息, 2005,(3):169-170.