綜合測試臺可視化監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現

余寶意，胡安琪，謝 茜，郭 凱

（湖北中煙工業(yè)有限責任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430051）

0 引言

武漢卷煙廠異地技改投產以來，隨著卷接包、成型機組等設備數量的不斷增加，適用于煙支、濾棒質量指標測量的現場綜合測試臺設備數量成爆發(fā)式增長，且分散布局在車間的各個區(qū)域。因綜合測試臺的管理與使用職責歸屬于不同部門科室，當前卷包車間數采集控系統(tǒng)采集的是綜合測試臺的檢測數據，并沒有覆蓋到該類輔助設備運行的狀態(tài)數據。目前高度依賴人工進行設備狀態(tài)定期巡檢，給設備的統(tǒng)一管理及日常維護帶來一定困難。

隨著卷煙企業(yè)生產能力的提升以及對質量管理的重視，卷包車間目前廣泛應用CERULEAN（斯茹林）QTM綜合測試臺儀器設備[1]，該儀器能夠快速檢測成品煙支或濾棒的相關物理指標，從而提升對成品質量的過程控制。但是由于該檢測儀器配備的主機以及系統(tǒng)應用軟件等都是國外技術，單機顯示屏上可顯示部分為英文狀態(tài)內容，現場機臺操作人員對該儀器在運行過程中出現的故障及狀態(tài)提示往往束手無策，且設備實時狀態(tài)無法及時反饋至運維人員，影響成品生產過程中的質量檢測工作。對該設備的改進與研究格外重要，且具有實際應用意義[2]。

1 系統(tǒng)架構設計

1.1 功能分析

通過對QTM綜合測試臺硬件通信接口、外部接口協(xié)議等資料的分析[3]，實現綜合測試臺數據采集需要通過設備本身的串口提供數據源輸出，獲取得到綜合測試臺的當前運行狀態(tài)，包括：運行（Run）、準備（Ready）、故障（Error）等。可以通過各項狀態(tài)數據監(jiān)控設備的運行情況，特別是對故障狀態(tài)數據，可以深入到故障的部位及原因，再對這些具體的原因進行統(tǒng)計展示，從而可以實現狀態(tài)、故障的分析功能。

1.2 硬件架構設計

QTM綜合測試臺的不同機型對外提供數據的接口都不相同，通過對綜合測試臺自帶數據庫的檢索，并沒有設備故障的存儲信息，測試發(fā)現只能通過串口方式采集設備實時狀態(tài)信息。因此采取增加串口以太網轉換器進行協(xié)議轉換的方式，一端連接到綜合測試臺，通過標準RS232串口線連接到測試臺通信串口，一端轉換為RJ45網絡接口輸出，并通過數采網絡接入到數采服務器。在服務器上部署自主開發(fā)的數采軟件，實現對綜合測試臺的狀態(tài)數據采集及數據的存儲、統(tǒng)計分析等功能，可在管理終端上通過Web客戶端查看設備的故障狀態(tài)。硬件架構設計如圖1所示。

圖1 硬件架構設計

1.3 軟件架構設計

在數據采集層部署數據采集軟件，實現與QTM綜合測試臺的通信、協(xié)議解析等功能，同時通過數采軟件實現與關系數據庫和鍵值數據庫之間的數據交互，實現實時數據、業(yè)務統(tǒng)計數據的傳輸[4]。在網絡分析層的Web服務器通過.net開發(fā)綜合測試臺實時監(jiān)視畫面，故障統(tǒng)計分析頁面，可以方便實現實時監(jiān)視、統(tǒng)計分析的功能。軟件架構設計如圖2所示。

圖2 軟件架構設計

2 系統(tǒng)實現

2.1 QTM綜合測試臺實時數據采集

采用C#語言，通過Microsoft Visual Studio 2015軟件[5]，按照軟件架構設計數據采集層三層功能模型，設計開發(fā)數據采集軟件?？紤]到數采軟件部署在服務器端，盡量減少資源占用，數采軟件基于控制臺模式開發(fā)，同時展示數據處理過程，便于維護人員確定數采軟件是否正常工作。數采程序開發(fā)設計如圖3所示。

圖3 數采程序開發(fā)設計

2.2 QTM綜合測試臺可視化監(jiān)控

依托卷包車間生產管理信息平臺，高效利用QTM綜合測試臺狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的實時數據，利用分布的、可擴展的數采應用體系架構，通過包括模擬圖形、實時狀態(tài)等多種方式展現生產過程綜合測試實時的生產數據、狀態(tài)數據，統(tǒng)計分析各設備運行、故障歷史數據，為生產管理者提供快速、直觀、便捷的工具。生產管理人員根據實時情況對綜合測試臺進行實時管控，并及時采取針對性的設備管理措施。綜合測試臺可視化監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 綜合測試臺可視化監(jiān)控界面

2.3 QTM綜合測試臺故障統(tǒng)計分析

利用設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的數據采集和統(tǒng)計分析功能，將系統(tǒng)全面的設備數據通過計算機系統(tǒng)進行復雜的設備模擬，檢查分析各種可能的情況，快速評定不同的影響，進行快速、準確的決策，實現QTM綜合測試臺管理的數字化、科學化。對綜合測試臺的采集數據的技術性分析等全面動態(tài)實現可視和可控，實現綜合測試臺的實時事務處理，提高快速反應能力，促進綜合測試的故障維護由事后被動模式向以預防為主、在線控制的主動管理模式轉型發(fā)展，使整個卷包車間的在線質量管控生產更加協(xié)調、高速、有效的運轉。綜合測試臺狀態(tài)統(tǒng)計分析如圖5所示。

圖5 綜合測試臺狀態(tài)統(tǒng)計

3 結束語

目前卷包車間的QTM綜合測試臺自身提供的數據采集系統(tǒng)無法對QTM進行故障統(tǒng)計和查詢，且缺少中文故障信息顯示等功能，采用人工記錄工作量大、實時性差，為此開發(fā)設計并實現了基于網絡采集方式的QTM數據采集統(tǒng)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過RS232串行接口實現PC機與QTM之間的串口通信，對QTM的日常狀態(tài)數據進行實時采集及故障提示，并在數據庫的支持下通過以太網對數據進行存儲及遠程查詢。同時采用圖形方式顯示采集數據，并嵌入中文故障信息提示和建議處理方法，改進后的QTM數據采集統(tǒng)計系統(tǒng)，在原有數據采集查詢基礎上，增加了故障統(tǒng)計等功能，滿足了卷包車間現場綜合測試臺信息化管理的需求，克服了人工記錄費時費力、無信息化支撐等缺點。

經過實際運行和數據對比分析可見，卷包車間的QTM綜合測試臺故障平均處理時間由之前的1～2 h減少到了15～30 min，故障率也大幅降低。綜合測試臺的故障歷史統(tǒng)計數據對設備的規(guī)范維護起到了重要作用，也為卷包生產質量的提高發(fā)揮了積極作用，目前已在部分機臺推廣應用、效果良好。