寶雞鋼管車間的過程控制數據采集系統

高振宇

摘 要

寶雞石油鋼管有限責任公司（下稱寶雞鋼管公司）下屬各企業為解決企業計劃管理層和過程控制層的信息數據孤島，根據本企業車間實際情況，搭建車間過程控制數據采集系統，實現生產執行層與過程控制層數據的有效集成。本文就該數據采集系統的軟件架構、硬件架構、應用效果等進行詳細闡述，分析討論目前該數據采集系統的優缺點，并對其未來提升完善方向提出切實有效的建議。

【關鍵詞】寶雞鋼管 MES 數據采集系統

1 引言

生產制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES），是企業CIMS信息集成的紐帶，是實施企業敏捷制造戰略和實現車間生產敏捷化的基本技術手段。以MES數據采集與現場監控功能模塊為核心，通過配套改造中的基礎自動化的改造，搭建車間過程控制數據采集系統，是寶雞鋼管公司MES項目實施的重點工作之一。

2 系統架構

根據MES項目的整體的三層網絡（即控制層、執行層、辦公層）架構部署，數據采集系統在控制層搭建統一的數據采集平臺，并與cimplicity軟件建立數據通訊，完成車間過程控制數據的采集、存儲與應用。

車間過程控制數據采集系統共分數據采集層、數據存儲層、數據應用層，其中數據采集層通過MES配套改造項目建設，在控制層網絡中建設，數據存儲層、數據應用層即為MES數據采集與現場監控功能模塊，在執行層網絡中進行建設。

2.1 數據采集層

該層是指通過配套改造建設的車間控制網絡及數據采集平臺。針對各企業車間不同的情況，有多種類型PLC（西門子、三菱、歐姆龍、AB等等）、有專業系統（組態王等）、有各類儀器儀表（數顯表、機械表、能源表等）。

根據過程控制數據采集的穩定、準確、及時、安全性要求以及集團公司信息化相關標準，數據采集層網絡主要組網設備采用工業級環網交換機，環網通過工業 Turbo Ring協議，在網絡故障異常時，迅速恢復網絡聯機的高速冗余環網機制，確保各種工業應用網絡持續不間斷的運作，選取其中一個環網交換機與OPC服務器共同連接接入交換機，數據采集層的不同設備統一通過以太網接入環網交換機，組成完整的數據采集層網絡（控制網）。

本系統借鑒國際先進實踐，結合寶雞鋼管公司下屬各家企業過程控制系統多樣性的實際，過程控制數據是基于OPC技術，上傳至MES系統中，實現數據的采集。在上述OPC服務器中采用Wincc、Kepware等軟件建設統一的數據采集平臺，向下可以與不同類型的PLC、儀表等硬件設備通過以太網實現無縫連接，采集各類實時數據，向上可以作為OPC服務端通過OPC通訊協議、DCOM接口（應用于兩臺服務器之間）與MES的IGS（OPC客戶端）進行通訊。

2.2 數據存儲層

由Cimplicity Server完成MES的數據采集之后，有兩種方式進行數據存儲：

2.2.1 與歷史數據庫

GE Proficy平臺的Historian以OPC方式進行數據通訊，具體是通過Historian軟件組件的 Historian v4.5 collector中的CIMPLICITY.HMI.OPCServer.1來實現Cimplicity Server（server端）和Historian（client端）的數據通訊，Historian數據存儲通過設置頻率進行掃描。

2.2.2 與關系數據庫

通過Cimplicity Server的basic control engine和database logger功能，以ODBC方式與SQL Server建立連接，在特定的條件下如固定時間觸發、point觸發、固定頻率觸發、報警點觸發等存儲數據，其中basic control engine可以執行調用程序、給點賦值等多個動作，該方式主要用于關系型數據或低頻率的實時數據的存儲。

3 數據應用

在上面提到，過程控制數據的應用包括兩類，主要實現的功能有數據實時監控；數據提取；歷史數據查詢；能源統計數據查詢；報警監控與歷史報警查詢等。下面對目前實現的主要功能做一個簡單介紹：

3.1 數據實時監控

通過過程控制數據采集系統采集的數據包括設備狀態、工藝參數等以實時值、狀態顯示、趨勢圖等形式給予展示，工藝人員、設備人員等可以很直觀的實時的查看到這些信息。

3.2 數據提取

與MES生產跟蹤模塊集成，通過過程控制數據采集系統實時獲取崗位記錄所需的工藝參數等數據，有效降低操作人員數據錄入量。

3.3 歷史數據查詢

鋼管的工藝參數如水壓值、油壓值等存儲時是與鋼管號進行關聯存儲的，通過鋼管號可查詢其在某崗位加工時的工藝參數值，供管理人員、工藝人員等追溯。

3.4 能源統計數據查詢

根據各企業需求，通過過程控制數據采集系統進行定時的能源數據采集、存儲，并形成按班、按天的能源數據統計，為企業節能降本增效、車間成本考核提供基礎數據。

3.5 報警監控與歷史報警查詢

通過過程控制數據采集系統對設備報警信號進行實時監控，同時可查詢設備的歷史報警信息，方便設備維修人員及時處理問題，經驗總結等。

4 總結

本文是對裝備MES項目在寶雞鋼管公司各企業實施的過程中車間過程控制數據采集系統的建設進行總結，主要包括以下幾方面：

（1）系統軟硬件架構的介紹；

（2）系統應用效果；

（3）系統優勢分析。

過程控制數據采集系統的建設，是生產企業信息化體系中重要的一環，它打通了底層控制層和中間執行層的數據通道，并且具有準確、及時、有效、穩定等特點，能夠為MES系統提供數據支撐，工廠管理層能夠及時、直觀查看設備情況、物料分布、工藝參數等，提升管理水平，崗位人員也能夠減少數據錄入量，有效降低工作量。

通過MES項目及本系統的建設，提升了自動化水平，極大的促進企業信息化的步伐，達到了車間信息化從無到有的跨越，實現工業化與信息化的初步融合，同時積累了大量鋼管企業信息化建設經驗，為未來企業信息化的進一步發展與完善奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1]饒運清.MES-面向制造車間的實時信息系統[J].信息技術，2002（02）：61-62.

[2]鄧全亮，鄒益仁.基于OPC技術的系統集成[J].計算機應用研究，2005（01）：160-161.

作者單位

遼陽石油鋼管制造有限公司 遼寧省遼陽市 111003endprint