江蘇南通大生集團二萬八細紗機車間聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)

一．引言
          當(dāng)前工廠制造設(shè)備的自動化程度不斷提高，單機臺的自動控制和方便的人機對話界面使得生產(chǎn)更加穩(wěn)定可靠，操作也變得簡單、愉快。但生產(chǎn)管理的日益復(fù)雜使得許多廠家迫切需要實現(xiàn)全自動化的生產(chǎn)管理。目前國內(nèi)的軟件公司推出的許多ERP（企業(yè)資源管理）軟件還只停留在工廠的管理層數(shù)據(jù)的處理分析，來自生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)仍然需要管理員手工輸入管理層數(shù)據(jù)庫，這種手工輸入的生產(chǎn)數(shù)據(jù)具有的滯后性使得生產(chǎn)管理者無法獲得實時的生產(chǎn)信息，對生產(chǎn)及時調(diào)整和突發(fā)事件應(yīng)變的能力不夠。本系統(tǒng)在現(xiàn)有的控制系統(tǒng)上如何將生產(chǎn)數(shù)據(jù)歸入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)并提供給企業(yè)內(nèi)部管理網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)管理網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)現(xiàn)場的實時分析、預(yù)測方面作了初步的嘗試。
二．項目簡介
          本項目為江蘇大生集團公司2002年新建二萬八千錠細紗機車間的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)。公司原細紗機車間的生產(chǎn)管理繁瑣：抄表員手工記錄每車產(chǎn)量、負責(zé)每臺車的工藝更改、手工統(tǒng)計各類報表、數(shù)據(jù)繁多、計算復(fù)雜、容易出錯。公司考慮到引進的山西經(jīng)緯紡機的FA506細紗機均采用SIEMENS S7200控制系統(tǒng)，具備現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)的條件，因此公司希望將新車間的70臺細紗機聯(lián)網(wǎng)（本項目已完成其中的60臺細紗機聯(lián)網(wǎng)），通過車間中央監(jiān)控計算機實現(xiàn)對所有細紗機運行狀況的實時監(jiān)視，班產(chǎn)的自動計算、記錄，統(tǒng)一控制換班，統(tǒng)一管理生產(chǎn)工藝，自動報表打印，與上層管理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換等目標。
三．系統(tǒng)構(gòu)成
（一）.細紗機聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由以下各部分組成：
1．60臺經(jīng)緯FA506細紗機（其中30臺帶SIEMENS MDV變頻，另外30臺不帶變頻）
2．PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)：CP5611卡、CPU226+EM277、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜
3．SIEMENS 工控機：SIMATIC RACK PC
4．SIEMENS PC BASED AUTOMATION COMPONENT : WINAC
5．上位機監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理軟件：由MICROSOFT ACCESS2000開發(fā)
系統(tǒng)構(gòu)成如下圖：

單臺細紗機控制柜連接圖：

（二）.上位機軟件結(jié)構(gòu)：
上位機軟件由以下兩部分組成：
1.西門子最近推出的基于PC自動化軟件：WINAC，其中包含了一個軟件控制器，稱為WINLC（WINDOWS LOGIC CONTROLER）。它使用西門子PROFIBUS網(wǎng)卡如CP5611、CP5613作為PROFIBUS主站，通過軟件直接驅(qū)動PROFIBUS網(wǎng)卡來控制外部的PROFIBUS從站，如S7200系列的EM277模塊、S7300系列的ET200等。對于它的簡單配置如下圖所示：

2.數(shù)據(jù)庫和運行監(jiān)控軟件：此軟件直接在Microsoft Access2000上開發(fā)，即上圖所謂的第三方軟件，Access2000通過WINLC提供的S7data Control（ACTIVE X）控件與WINLC通訊，然后利用讀取的數(shù)據(jù)控制界面的顯示及進行數(shù)據(jù)歸檔以進行報表處理。
（三）.本系統(tǒng)在STEP7中的組態(tài)
WINLC的編程工具是STEP7。在本系統(tǒng)中WINLC代表了一個S7300的軟件控制器（它類似于CPU315-2DP，MPI地址為2，DP地址為1，CP5611卡的DP地址為0），在WINLC的DP網(wǎng)上掛接了60個EM277從站，在數(shù)據(jù)通訊上WINLC將自己的I/O地址映射到S7200的V地址區(qū)域。下圖為本系統(tǒng)在STEP7中的組態(tài)：

 
WINLC為每個EM277分配了10個字節(jié)的輸入和10個字節(jié)的輸出，通過編碼依次讀取每臺車的所有數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)塊中供ACCESS讀取，同時判斷來自ACCESS的數(shù)據(jù)修改請求，并將數(shù)據(jù)傳送到特定的車臺。

四．?dāng)?shù)據(jù)庫和運行監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)和界面：
本軟件在結(jié)構(gòu)上主要由以下部分組成：
a)監(jiān)控界面部分：現(xiàn)場所有設(shè)備的運行狀態(tài)的更新顯示
b)生產(chǎn)報表部分：顯示、統(tǒng)計和打印報表
c)數(shù)據(jù)分析部分：出示一些反映生產(chǎn)的綜合指標的分析結(jié)果
d)人員信息部分：管理所有人員的信息
e)生產(chǎn)設(shè)定部分：負責(zé)對設(shè)備、人員、生產(chǎn)計劃的設(shè)定
f)工藝配方部分：執(zhí)行工藝參數(shù)的上載下載和工藝儲存
g)用戶查詢部分：實現(xiàn)對生產(chǎn)狀況的即時動態(tài)查詢
h)工具箱部分：提供對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)修復(fù)、壓縮、和備份等功能
i)系統(tǒng)報警部分：根據(jù)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)出報警
j)系統(tǒng)提示部分：根據(jù)用戶的操作發(fā)出提示信息
以下作簡單介紹：

 系統(tǒng)登陸界面：

   
 登陸對話框：

  
1．監(jiān)控界面部分
監(jiān)控界面顯示所有車臺的實時運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，主要有系統(tǒng)當(dāng)前所處班次和上崗班、系統(tǒng)下次的班次和上崗班、各車臺的運行狀態(tài)（包括：與上位機的通訊狀態(tài)、停車、高低速、落紗、故障、）、各班的累計總產(chǎn)量、各班當(dāng)前班產(chǎn)、羅拉速度、錠子速度、捻度、變頻頻率、細紗號數(shù)、生產(chǎn)支別、粗紗錠量、牽伸倍數(shù)、定長、一落紗產(chǎn)量、一落紗的變頻頻率曲線、一落紗的羅拉轉(zhuǎn)速曲線及羅拉平均速度、故障信息。
監(jiān)控界面對所有車臺采用輪詢讀取。每臺車的采樣頻率為12秒一次，變頻頻率和羅拉轉(zhuǎn)速曲線也為12秒記錄一次。
如果遇改紗，將顯示改前和改后的不同支別的產(chǎn)量(亨司)。
監(jiān)控界面如下圖所示：
 

變頻曲線如下圖：

     
    對應(yīng)的前羅拉轉(zhuǎn)速曲線：

    
2．生產(chǎn)報表部分
生產(chǎn)報表主要執(zhí)行報表統(tǒng)計、歷史報表顯示、報表打印功能。
報表種類有：
設(shè)備利用：各班每臺車的設(shè)備利用報表、各班每個擋車工的設(shè)備利用報表、每天各班每個落紗組的設(shè)備利用報表、每天設(shè)備利用報表、各班設(shè)備利用累計月報表、每天設(shè)備利用累計月報表。
產(chǎn)量分析：各班各車臺產(chǎn)量報表，各班每個落紗組各支別的折合單產(chǎn)、生產(chǎn)效率月報表，各班各支別的折合單產(chǎn)、生產(chǎn)效率月報表，每天各支別的折合單產(chǎn)、生產(chǎn)效率月報表，各班各落紗組的生產(chǎn)量、折合產(chǎn)量月報表、各班的生產(chǎn)量、折合產(chǎn)量月報表、每天的生產(chǎn)量、折合產(chǎn)量月報表、每天各班的細紗班組產(chǎn)量日報表、每天各班的細紗班組產(chǎn)量月報表，每天各班各擋車工個人成績?nèi)請蟊恚刻旄靼喔髀浼喒こ煽內(nèi)請蟊怼⒚刻旄靼喔鲹踯嚬€人成績月報表、每天各班各落紗工個人成績月報表。
生產(chǎn)報表如下圖所示

 
報表預(yù)覽如下圖所示：

 
報表統(tǒng)計如下圖：

 
查看每個班各車臺的休止記錄：

 

3．人員信息部分：記錄生產(chǎn)人員信息以供報表統(tǒng)計界面如下：

 

4．生產(chǎn)設(shè)定部分
生產(chǎn)設(shè)定包括：系統(tǒng)班次運轉(zhuǎn)、早中夜三班的上班時間、生產(chǎn)月的起止、各班落紗組區(qū)域分配、各班落紗工所負責(zé)的車臺分配、各班擋車工所負責(zé)的車臺分配、設(shè)備常數(shù)的設(shè)定、當(dāng)前各車臺生產(chǎn)支別的設(shè)定、計劃設(shè)定、月開工表設(shè)定。
系統(tǒng)班次運轉(zhuǎn)設(shè)定：

 
各班落紗組區(qū)域分配：
一種顏色代表一個落紗組

 
各班各擋車工區(qū)域設(shè)定：
一種顏色代表一個區(qū)域

 
各車臺生產(chǎn)支別設(shè)定：
一種顏色代表一種支別
 

月開工表設(shè)定：
 

5、工藝配方部分：
工藝配方部分主要處理所有車的參數(shù)上下載及保存工藝。
界面如下（帶變頻：1-30號車）：
 

LT-S曲線界面：

 
用戶可以預(yù)先編輯幾條工藝曲線并保存到工藝庫中，需要時可以從工藝曲線庫導(dǎo)入并下載到某臺車。曲線導(dǎo)入界面：

 

一般來說，同一生產(chǎn)支別的車臺具有相同的工藝參數(shù)。因此用戶可能將相同的參數(shù)下載到選定的某些車中。可以稱為工藝參數(shù)的群發(fā)功能,界面如下：

 

不帶變頻的工藝參數(shù)界面（31-60號車）：
 
             
6.數(shù)據(jù)分析部分：

 

7.系統(tǒng)報警部分：
系統(tǒng)報警部分負責(zé)對所有車臺的運行狀態(tài)的報警。主要包括：緊急剎車、TD200參數(shù)改變、與上位機的通訊狀態(tài)、車臺上反映的班次與上位機所處的班次比較、錠子速度、羅拉速度、牽伸倍數(shù)等報警。
界面如下圖：

 

8.系統(tǒng)提示部分：
主要提示用戶需要進行某些操作，或者給出軟件操作的一些提示。
界面如下：
 

五．結(jié)束語
         本項目于2002年10月份投入使用。目前系統(tǒng)運行良好、穩(wěn)定，達到用戶預(yù)期的要求。因用戶的生產(chǎn)計劃預(yù)測數(shù)學(xué)模型還未建立，軟件在生產(chǎn)計劃預(yù)測方面有待改進。
六．應(yīng)用體會
         此項目的完成得益于西門子公司提供的基于PC的自動化組件WINAC軟件，在此項目中表現(xiàn)了該軟件的長期運行穩(wěn)定性。在此項目中我們利用在ACCESS數(shù)據(jù)庫中內(nèi)嵌WINAC提供的一個S7data control 控件來獲取WINAC的數(shù)據(jù)。ACCESS數(shù)據(jù)庫性能比較有限，如果需要優(yōu)化運行性能，可以采用VB加大型數(shù)據(jù)庫如Sybase等來開發(fā)。另外WINAC軟件也是一個OPC SERVER，如果熟悉OPC技術(shù)，也可以直接利用OPC來獲取WINAC的數(shù)據(jù)。最后需要強調(diào)的是，較多站點PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的布線是否規(guī)范合理直接影響到以后網(wǎng)絡(luò)的正常運行，特別在本項目中整個車間有30臺大功率變頻器同時運行的情況下更應(yīng)該充分考慮電磁干擾因素。