毛乾貝，郭浩龍，喬茜華，王永華，2

（1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，鄭州 450002；2.紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 451191）

絡(luò)筒作為紡紗生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將管紗卷繞成筒子紗，清除紗線上的紗疵雜質(zhì)，具有對紗線總體質(zhì)量把關(guān)的功能，因此國內(nèi)許多紡織廠家購置高質(zhì)量的自動絡(luò)筒設(shè)備以保證成紗質(zhì)量。某紡織廠購置的25臺進口全自動絡(luò)筒機，均可實現(xiàn)單機實時信息監(jiān)控，但需逐臺查看、抄錄產(chǎn)量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，造成“信息孤島”現(xiàn)象，如果配置廠家的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)則價格昂貴。

絡(luò)筒機單機控制系統(tǒng)均具有標準以太網(wǎng)接口，可聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息化集中管理。本課題中的絡(luò)筒工序網(wǎng)絡(luò)基于工業(yè)以太網(wǎng)，采用FTP協(xié)議讀取底層數(shù)據(jù)，并利用上位機組態(tài)軟件WinCC實現(xiàn)人機交互。

1 總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組建為三級級聯(lián)物理架構(gòu)，保證數(shù)據(jù)物理層通暢、避免擁塞[1]。各獨立的絡(luò)筒機作為一個節(jié)點集成到接入層工業(yè)交換機，構(gòu)成第三級基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。接入層交換機集成到匯聚層交換機組成第二級網(wǎng)絡(luò)。最后將匯聚層交換機連接到具有路由功能的核心工業(yè)交換機上，通過光纖連接至監(jiān)控室服務(wù)器[2]。

交換機選用西門子公司的工業(yè)交換機，整個系統(tǒng)使用了3臺8端口和2臺5端口交換機[3]。網(wǎng)絡(luò)基于FC（fast connection）技術(shù)連接，保證底層網(wǎng)絡(luò)連接的可靠安全。具體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)Fig.1 Network overall architecture

監(jiān)控中心配置有各種上層網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備。主服務(wù)器用于完成整個網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理、逾百幅監(jiān)控畫面和各種生產(chǎn)信息報表的生成，以及系統(tǒng)的管理查詢等；冗余服務(wù)器是為增加系統(tǒng)的安全性而設(shè)置的，在主服務(wù)器故障停機或者停機檢修的情況下，系統(tǒng)仍可正常運行，保障監(jiān)控中心數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性；客戶機可進行生產(chǎn)監(jiān)控和管理、數(shù)據(jù)分析，主要作用是完成各條生產(chǎn)線的生產(chǎn)計劃、設(shè)備管理、質(zhì)量控制及分析、以及生產(chǎn)運行等；打印機用于打印趨勢圖、報警信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等日常圖表；具有路由功能的千兆網(wǎng)絡(luò)交換機，增強集中監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，并預(yù)留與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊的接口，使整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可與企業(yè)局域網(wǎng)相連。

監(jiān)控中心各計算機的操作權(quán)限均采用密碼授權(quán)的管理方式，避免可能出現(xiàn)的誤操作而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。不論是操作還是查詢，均需經(jīng)密碼校對正確后方可進行，各操作人員的操作權(quán)限可根據(jù)相應(yīng)級別進行設(shè)定或修改。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)主要由底層數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和上位機監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成。傳輸協(xié)議使用簡單的FTP協(xié)議，F(xiàn)TP是TCP/IP協(xié)議的一種具體應(yīng)用，具有可靠、安全、高效的特點，它允許一臺主機以文件操作的方式（如增、刪、改、查、傳送等）與另外一臺主機相互通信，快速安全地獲取數(shù)據(jù)[4]。整個信息化網(wǎng)絡(luò)采用西門子公司的上位機組態(tài)軟件WinCC（windows control center）來集中監(jiān)控和進行數(shù)據(jù)處理，完成生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)查詢和報表統(tǒng)計等功能。

2.1 絡(luò)筒機數(shù)據(jù)獲取

絡(luò)筒機數(shù)據(jù)的獲取采用FTP傳輸C-S架構(gòu)，在絡(luò)筒機控制系統(tǒng)中建立遠端Sever服務(wù)器，監(jiān)控室服務(wù)器以本地Client客戶端的形式訪問。

FTP需建立2種連接：一是客戶端和服務(wù)器傳輸命令的連接，二是數(shù)據(jù)傳送的連接。服務(wù)程序采用PAssive模式完成客戶端和服務(wù)器傳輸命令的連接，建立數(shù)據(jù)傳送連接。當(dāng)客戶端連接至服務(wù)器后，服務(wù)器發(fā)ACK確認信息給客戶端，這個信息表示服務(wù)器在Server端打開了一個端口、并確定這個端口是空閑可用的，當(dāng)客戶端收到確認信息后，數(shù)據(jù)傳輸通道被建立并返回用戶所需要的信息，即成功地建立了數(shù)據(jù)連接。

2.1.1 底層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接

WinCC可以兼容運行VBS腳本語言，在裝有WinCC組態(tài)軟件的服務(wù)器中用VBS腳本編寫程序來讀取遠端Server的數(shù)據(jù)。遠端服務(wù)器的產(chǎn)量文件，文件名格式為日期字符串加S1、S2或者S3（S1，S2，S3分別代表早中晚三個班次），類型為txt格式文件。用FTP方式訪問絡(luò)筒機控制系統(tǒng)并將需要數(shù)據(jù)保存至本地可調(diào)用數(shù)據(jù)獲取函數(shù)實現(xiàn)。

在函數(shù)中定義IPAddress，User，Password，DestinationPath，DateStr等變量，IPAddress為FTP地址，User為FTP用戶名，Password為FTP密碼，DestinationPath為目標文件夾，DateStr為所要獲取的文件名（此處為當(dāng)前日期字符串）。通過對這些參數(shù)的調(diào)用，可得到目標文件夾，找到需要的數(shù)據(jù)文件。如果文件夾不存在則調(diào)用函數(shù)建立新文件夾，將讀取到的數(shù)據(jù)文件存入該文件夾。

通過輪詢方法實現(xiàn)對遠端服務(wù)器的訪問，逐一讀取絡(luò)筒機數(shù)據(jù)，然后將這些原始數(shù)據(jù)存儲到Client本地目標文件夾中等待調(diào)用。循環(huán)調(diào)用數(shù)據(jù)獲取函數(shù)，將所有遠端服務(wù)器上的數(shù)據(jù)保存至本地。

對于讀取到的數(shù)據(jù)文件，文件采用以日期和機臺號命名的方法，方便查看和尋找，如2014年8月1日讀取到的數(shù)據(jù)文件就以2014_08_01來命名。函數(shù)功能如下：讀取絡(luò)筒機的機臺號，將當(dāng)前日期轉(zhuǎn)換成形如“2014_08_01”的字符串便于調(diào)用查詢。

2.1.2 本地數(shù)據(jù)處理

獲取到本地的數(shù)據(jù)實時寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存儲、處理，以備調(diào)用。本系統(tǒng)中使用SQL Server數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)信息的統(tǒng)計、匯總、修改、添加、刪除以及瀏覽和查詢等功能。

遠端服務(wù)器讀取到的本地數(shù)據(jù)仍然是比較原始的數(shù)據(jù)，需要進一步處理，篩選出需要的數(shù)據(jù)。部分原始數(shù)據(jù)如下所示：

其中Pack.Weight[g]為該班該機臺的產(chǎn)量值，單位為kg?，F(xiàn)以此值為例來說明對本地數(shù)據(jù)的處理。

以txt格式保存的數(shù)據(jù)，在存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫前必須轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的字符串變量，用自定義函數(shù)Str-LuoTongWeight（FilePath）來讀取以txt格式保存的原始數(shù)據(jù)，并獲取該數(shù)據(jù)中的產(chǎn)量信息，至此獲取到本地的數(shù)據(jù)處理完畢，然后調(diào)用數(shù)據(jù)庫函數(shù)將處理好的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。如果需要轉(zhuǎn)換的文件不存在則調(diào)用StrLuoTongWeight=" "函數(shù)，將此絡(luò)筒機對應(yīng)的值設(shè)置為空。

獲取產(chǎn)量信息值后，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中將該產(chǎn)量值與機臺號、品種、工號等生產(chǎn)管理信息處理一一對應(yīng)起來，供WinCC建立交互關(guān)系時使用。函數(shù)流程如圖2所示。

2.2 人機交互系統(tǒng)

整個人機交互系統(tǒng)架構(gòu)基于WinCC組態(tài)軟件設(shè)計[5]，由逾百幅實時動態(tài)畫面和幾十個報表組成，主要實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控、生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)查詢等功能。

圖2 主要函數(shù)流程圖Fig.2 Flow chart of the main function

2.2.1 主控畫面

主控制界面集中展示了整個車間各機臺的物理布局、運行狀態(tài)以及信息化系統(tǒng)的主要功能。主控畫面的布局基于車間機臺實際位置，二者基本保持一致，清晰呈現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)。畫面中，通過不同顏色表示機臺的不同運行狀態(tài)，如機臺的啟停等。畫面功能菜單分為兩級，一級為系統(tǒng)的主要功能類大項，整體分為現(xiàn)場監(jiān)控、生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)報表4部分；二級為各個工序的詳細狀態(tài)，在現(xiàn)場監(jiān)控菜單有前紡、細紗和絡(luò)筒等工序的監(jiān)控信息，用于單工序查詢；數(shù)據(jù)查詢分為機臺班產(chǎn)、員工日產(chǎn)、生產(chǎn)系數(shù)和個人產(chǎn)量等，具體如圖3所示。主控畫面為整個車間的監(jiān)控畫面，在此主要介紹絡(luò)筒工序。

圖3 信息化系統(tǒng)整體功能Fig.3 Global function of the information system

2.2.2 生產(chǎn)管理

一個完善的信息化系統(tǒng)不僅包括對底層數(shù)據(jù)直觀實時的顯示，更需要方便用戶的操作、對生產(chǎn)的管理、促進公司的ERP（enterprise resource planning）建設(shè)，為企業(yè)決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺。為了融入公司ERP系統(tǒng)的建設(shè)，在本系統(tǒng)中加入了生產(chǎn)管理設(shè)計，可以實現(xiàn)員工管理、班次設(shè)置、品種修改、品種維護等功能，如圖 4所示，方便用戶對生產(chǎn)的管理。增加報表統(tǒng)計功能，包括歷史報表和實時報表2部分，用于存檔查詢，完善企業(yè)ERP的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和質(zhì)量管理[6]。

圖4 生產(chǎn)管理系統(tǒng)畫面Fig.4 Frame of PMS

2.2.3 數(shù)據(jù)查詢

生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中永久保存，用于對目標數(shù)據(jù)的管理、查詢、檢索，方便管理者的調(diào)檔查詢，歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)調(diào)用。生產(chǎn)數(shù)據(jù)將存儲在SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)部分可以提供的主要數(shù)據(jù)有：日期、班次、機臺號、品種、批次、定量、產(chǎn)量（包括長度和重量）、擋車工工號、姓名等。

系統(tǒng)增加了強大的數(shù)據(jù)查詢功能，可以實現(xiàn)機臺班產(chǎn)、工序日產(chǎn)、個人產(chǎn)量、品種月產(chǎn)、員工看臺、機臺品種、機臺特性、揩車部保、能耗查詢、產(chǎn)量查詢等功能，如圖5所示。對于產(chǎn)量的查詢，在必選條件里通過工序、輪班、班次等條件的選擇進行查詢；如果需要進一步具體查詢選擇品種、批次、機臺等條件，篩選所需要的詳細信息。

3 結(jié)語

利用FTP傳輸協(xié)議和WinCC組態(tài)軟件設(shè)計的絡(luò)筒機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過逾百幅生產(chǎn)畫面和數(shù)十個生產(chǎn)報表完成了對某紡織廠絡(luò)筒工序25臺單機設(shè)備重要生產(chǎn)信息的采集，如產(chǎn)量、筒數(shù)等參數(shù)；加入報表查詢、生產(chǎn)管理、員工工號更改等功能，減少了工作人員50%以上的工作量。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、界面友好、功能全面，方便用戶對生產(chǎn)的管理和數(shù)據(jù)查詢。系統(tǒng)在運行初期，針對工藝操作要求及運行中存在的問題，作者進行了改進和完善，現(xiàn)在整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡單方便。系統(tǒng)的投運減輕了管理人員的工作量和勞動強度，提高了工作效率，各項功能均達到設(shè)計要求，受到企業(yè)的好評。

[1] 胡惠玉.基于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)上位機對遠程PLC的監(jiān)控[J].長春工程大學(xué)學(xué)報，2011（2）：113-116.

[2] 王永華，A Verwer（英）.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[3] 崔堅，李佳，楊光.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[4] 王麗華.淺析FTP工作原理及應(yīng)用技術(shù)[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007（4）：28-29.

[5] 張曉杰.基于WinCC的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2007（4）：53-55.

[6] 西門子（中國）有限公司，自動化與驅(qū)動集團.深入淺出WINCC V6[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.