數(shù)據(jù)采集技術(shù)在乳品行業(yè)的應(yīng)用

孫鵬

摘要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)制造行業(yè)在自動化程度日臻完善的同時，也開始將信息技術(shù)不斷融入其中，走上智能制造的道路。本文根據(jù)乳品加工企業(yè)的生產(chǎn)工藝特點，闡述了數(shù)據(jù)采集技術(shù)在乳品加工企業(yè)的應(yīng)用原理、架構(gòu)、實施手段等。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)傳輸;Zigbee;數(shù)據(jù)庫

1、引言

在乳品加工工廠現(xiàn)有生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制要求的基礎(chǔ)上，按照生產(chǎn)、質(zhì)量管控、績效和追溯的需求，對生產(chǎn)線生產(chǎn)出的產(chǎn)品需要不斷的進行產(chǎn)品重量數(shù)據(jù)采集，目前多數(shù)采集工作由人工完成。后續(xù)還需要大量的系統(tǒng)錄入工作，將采集的數(shù)據(jù)錄入ERP或MES系統(tǒng)中，人員工作繁瑣，數(shù)據(jù)更新不及時，易出錯等后果。

基于此種情況，在生產(chǎn)線上增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集裝置，車間人員使用可進行數(shù)據(jù)采集的稱重設(shè)備，通過有線及無線網(wǎng)絡(luò)的搭建和系統(tǒng)軟件平臺，實現(xiàn)工廠對產(chǎn)品的生產(chǎn)及質(zhì)量要求的重要數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動化收集、分析和上傳至中央控制軟件系統(tǒng)，服務(wù)于企業(yè)的生產(chǎn)管理，解決現(xiàn)有稱重數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)自動采集與系統(tǒng)自動對接的問題，并具有數(shù)據(jù)實時、準確、防作弊、可追溯。

2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計原理

2.1 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)

稱重自動采集項目是以中央數(shù)據(jù)處理軟件、數(shù)據(jù)庫、無線數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)為基礎(chǔ)，符合國家相關(guān)規(guī)范、標準、法規(guī)體系及技術(shù)要求而建設(shè)的。其主要實現(xiàn)：數(shù)據(jù)采集、遠程監(jiān)視控制、報表生成、歷史數(shù)據(jù)追溯、數(shù)據(jù)展示等功能，系統(tǒng)架構(gòu)框圖如圖1-1所示。

企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計：

項目數(shù)據(jù)管理架構(gòu)采用FTP文件協(xié)議中心站和分站數(shù)據(jù)管理模式：如圖1-2 示

●WELITEC企業(yè)級數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)中，中心處理工業(yè)PC機構(gòu)建監(jiān)視23個工廠的稱重數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，所有工廠數(shù)據(jù)在本地存儲工業(yè)PC的同時上傳至企業(yè)中心工業(yè)PC機，數(shù)據(jù)存儲時間為3年以上。

●選擇MS SQL Server實現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的歸檔與讀寫。

●中心PC機采用工業(yè)級產(chǎn)品，運行速度快，工作穩(wěn)定可靠，Intel I7 CPU，16G RAM，千兆雙網(wǎng)口。

●中心PC采用TPC/IP通訊協(xié)議通過WIFI AP 和STN 硬件接入客戶LAN網(wǎng)，并入客戶專線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與已并入客戶當?shù)豅AN網(wǎng)23個工廠稱重系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

稱重系統(tǒng)工廠級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：

原理架構(gòu)圖如圖1-3所示：

●包裝稱重數(shù)據(jù)從電子秤通過無線傳輸發(fā)射模塊（下位機）上傳至無線串口接收模塊（上位機），接收模塊通過有線串口連接至現(xiàn)場工業(yè)PC機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和存儲，

●工業(yè)PC機具備數(shù)據(jù)存儲，分析和報表功能，實現(xiàn)按客戶需求形成稱重實時曲線，高低限報警，正態(tài)分布曲線，并輸出EXCEL格式和PDF格式班報表、日報表、周報表和月報表等，可實現(xiàn)打印和文件存儲功能。

●現(xiàn)場電子稱①與無線串口發(fā)射模塊通過RS232雙絞線與無線串口發(fā)射模塊②連接。

●電子秤具備稱重數(shù)據(jù)穩(wěn)定后自動發(fā)送功能，穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)通過串口傳輸至發(fā)射模塊。

●發(fā)射模塊具有本地數(shù)據(jù)存儲功能，當與串口通訊接收模塊因掉電或無線電遮擋造成的通暫時中斷時，將數(shù)據(jù)存儲在發(fā)射模塊的存儲器內(nèi)，存儲數(shù)據(jù)包括設(shè)備ID，稱重時間，重量，機臺號等數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)通訊恢復(fù)后，數(shù)據(jù)將盡快上傳至工廠工業(yè)PC機內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫。無線串口傳輸協(xié)議為ZIGBEE，無障礙傳輸距離可達1.8KM。

●無線串口接收模塊可同時接收來自256個下位模塊的數(shù)據(jù)，并且ZIGBEE協(xié)議自動排序數(shù)據(jù)接收次序，避免數(shù)據(jù)傳輸相互干擾和數(shù)據(jù)堵塞。

●ZIGBEE協(xié)議模塊無線數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集與傳輸，避免現(xiàn)場復(fù)雜走線;

在此基礎(chǔ)之上，通過生產(chǎn)制造系統(tǒng)建模與集成平臺來實現(xiàn)整體功能集成，統(tǒng)一系統(tǒng)維護與安全管理。

2.2系統(tǒng)構(gòu)成及功能描述

整套系統(tǒng)由工業(yè)電腦，數(shù)據(jù)處理軟件，現(xiàn)場交互界面，遠程交互界面，數(shù)據(jù)庫存儲及查詢系統(tǒng)，過程報表生成和打印系統(tǒng)，串口無線數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)及具備串口通訊功能的電子秤等組成;可選裝包裝噴碼視覺讀取裝置。

1）工業(yè)PC

選用工業(yè)PC機進行對數(shù)據(jù)的搜集、監(jiān)控與處理的主要優(yōu)勢有：

-可靠性：工業(yè)PC具有在粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、震動、腐蝕和快速診斷和可維護性，MTTF10萬小時以上，而普通PC的MTTF僅為10000～15000小時。

-實時性：工業(yè)PC對工業(yè)生產(chǎn)過程進行實時在線檢測與控制，對工作狀況的變化給予快速響應(yīng)，及時進行采集和輸出調(diào)節(jié)（看門狗功能這是普通PC所不具有的），遇險自復(fù)位，保證系統(tǒng)的正常運行。

-擴充性：工業(yè)PC由于采用底板+CPU卡結(jié)構(gòu)，因而具有很強的輸入輸出功能，能與工業(yè)現(xiàn)場的各種外設(shè)、板卡相連。

-兼容性：能同時利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統(tǒng)，多種語言匯編，多任務(wù)操作系統(tǒng)。

2）數(shù)據(jù)中央處理軟件

定制開發(fā)的中央處理軟件采用工業(yè)級組態(tài)軟件，并集成人機交互界面、數(shù)據(jù)庫存儲和查詢、報表生成及報表打印功能。能夠滿足7x24小時運行的的需求。

3、總結(jié)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了數(shù)據(jù)準確性和實時性;上位軟件、Microsoft SQL數(shù)據(jù)庫等軟件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)方便存儲，可長期備份查找，數(shù)據(jù)追溯性得到了提高。與生產(chǎn)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)制造系統(tǒng)的對接，方便管理者實時查看、分析生產(chǎn)狀態(tài)，達到了提高管理水平的目的。

（作者單位：內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司）