林苗俏

制絲質(zhì)量檢測儀器數(shù)采集成系統(tǒng)設計

林苗俏

龍巖煙草工業(yè)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(zhì)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(wǎng)絡技術(shù)，設計出一套制絲質(zhì)檢儀器數(shù)采集成系統(tǒng)，實現(xiàn)各種檢測數(shù)據(jù)的集中管理，并進一步提高檢驗工作效率。

質(zhì)量檢測 儀器 數(shù)采 集成系統(tǒng) 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(zhì)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(yè)中普遍采用人工報表或采用人工錄入報表系統(tǒng)的方式來記錄儀器的檢測數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)通過計算機和網(wǎng)絡技術(shù)進行集成，通過數(shù)據(jù)采集后經(jīng)系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集技術(shù)框架

質(zhì)檢儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用通信設備NPort Server Lite，即工業(yè)級的串口設備聯(lián)網(wǎng)服務器。該設備可同時支持多個RS-232或RS-422/485串口數(shù)據(jù)通信，可將PLC、CNC、質(zhì)檢儀器等串口設備連接到10/100 Mbps以太網(wǎng)上。NPort Server Lite設備聯(lián)網(wǎng)服務器內(nèi)帶有液晶顯示器，用來顯示數(shù)據(jù)通訊狀態(tài)，并可直接通過面板操作按鈕選擇操作模式或配置參數(shù)，如IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)等，也可監(jiān)視服務器及數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)，為此自身就能完成其網(wǎng)絡的配置。

隨著企業(yè)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(yè)的任何位置，結(jié)合TCP/IP網(wǎng)絡的優(yōu)點便可實現(xiàn)其與Windows NT/2000、Windows 95/98/ME及Unix系統(tǒng)之間的通訊。為此，NPort Server通過Ethernet/Internet可實現(xiàn)不同樓層、廠房、區(qū)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(shù)據(jù)采集驅(qū)動設計及處理流程

數(shù)據(jù)采集軟件驅(qū)動為組件式開發(fā)，對于不同類型的質(zhì)檢儀器采用獨立的采集驅(qū)動，再根據(jù)不同設備的輸出來解碼數(shù)據(jù)，最終通過標準的OPC協(xié)議進行發(fā)布，如DD60A填充儀原始數(shù)據(jù)為ASCII碼格式，通過采集驅(qū)動的設計實現(xiàn)對該格式的解碼并最終完成其數(shù)據(jù)的OPC發(fā)布。

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

1.2 數(shù)采集成系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)設計

煙廠的制絲過程中，產(chǎn)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(huán)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(jié)構(gòu)（整絲率、碎絲率），兩者均根據(jù)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(jié)果有關(guān)，通過電子天平稱重數(shù)據(jù)的采集便可實現(xiàn)檢測結(jié)果的自動計算。整個數(shù)采集成系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 集成系統(tǒng)數(shù)采數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計

圖1 儀器數(shù)采驅(qū)動總體設計流程圖

圖2 數(shù)采集成系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)圖

表1 質(zhì)檢數(shù)據(jù)項記錄

表2 OPC ITEM數(shù)據(jù)記錄

系統(tǒng)設計通過單件模式來封裝上述兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用動態(tài)數(shù)組或TStringList技術(shù)來實現(xiàn)單件模式的數(shù)據(jù)容器類，實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖池及OPC數(shù)據(jù)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(xié)議與質(zhì)檢儀器獲得連接讀取儀器串口輸出數(shù)據(jù)。

服務程序通過OPC DA2.0標準通信協(xié)議通過OPC Item向外發(fā)布數(shù)據(jù)。

2 集成系統(tǒng)操作終端技術(shù)架構(gòu)設計

根據(jù)上述設計要求，通過數(shù)據(jù)采集驅(qū)動與質(zhì)檢儀器的通信，直接從串口上獲取每次質(zhì)檢數(shù)據(jù)，并通過標準的OPC通信協(xié)議接口發(fā)布。同時，數(shù)據(jù)處理終端系統(tǒng)可實現(xiàn)檢驗單據(jù)的登記和維護。圖3所示為烘箱含水率檢測數(shù)采終端界面。

圖3 烘箱含水率檢測數(shù)采終端界面

圖3中相關(guān)變量的計算關(guān)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(tǒng)應用前，樣品重保持為10g，不宜有偏差以便于人工計算。系統(tǒng)應用后，樣品重量范圍為10±1g，通過系統(tǒng)并實現(xiàn)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(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)的有效性和準確性。

根據(jù)不同的質(zhì)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(zhì)檢員終端界面，不同類別的檢測數(shù)據(jù)可根據(jù)批次任務號進行關(guān)聯(lián)，為管理層對批次質(zhì)量的分析評價提供了清晰的數(shù)據(jù)來源。

3 結(jié)束語

制絲質(zhì)量檢測儀器數(shù)采集成系統(tǒng)的設計并成功應用，理順了檢驗室的各項作業(yè)流程，通過檢驗室環(huán)境溫濕度的實時監(jiān)控，確保所有制絲過程產(chǎn)品質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)的有效性。所有檢測結(jié)果的計算、修約、判定、統(tǒng)計等均實現(xiàn)自動計算，最大限度減少了人工干預，加快數(shù)據(jù)傳遞的速率，減少了人為差錯的概率，為質(zhì)量分析評價人員做出快速正確的判斷、及時指導制絲生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供了有利的保障。

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