江苏南通大生集团二万八细纱机车间联网监控管理系统

一．引言
          当前工厂制造设备的自动化程度不断提高，单机台的自动控制和方便的人机对话界面使得生产更加稳定可靠，操作也变得简单、愉快。但生产管理的日益复杂使得许多厂家迫切需要实现全自动化的生产管理。目前国内的软件公司推出的许多ERP（企业资源管理）软件还只停留在工厂的管理层数据的处理分析，来自生产现场的数据仍然需要管理员手工输入管理层数据库，这种手工输入的生产数据具有的滞后性使得生产管理者无法获得实时的生产信息，对生产及时调整和突发事件应变的能力不够。本系统在现有的控制系统上如何将生产数据归入现场总线网络并提供给企业内部管理网络，实现管理网络对生产现场的实时分析、预测方面作了初步的尝试。
二．项目简介
          本项目为江苏大生集团公司2002年新建二万八千锭细纱机车间的联网监控管理系统。公司原细纱机车间的生产管理繁琐：抄表员手工记录每车产量、负责每台车的工艺更改、手工统计各类报表、数据繁多、计算复杂、容易出错。公司考虑到引进的山西经纬纺机的FA506细纱机均采用SIEMENS S7200控制系统，具备现场总线联网的条件，因此公司希望将新车间的70台细纱机联网（本项目已完成其中的60台细纱机联网），通过车间中央监控计算机实现对所有细纱机运行状况的实时监视，班产的自动计算、记录，统一控制换班，统一管理生产工艺，自动报表打印，与上层管理网络的数据交换等目标。
三．系统构成
（一）.细纱机联网监控系统由以下各部分组成：
1．60台经纬FA506细纱机（其中30台带SIEMENS MDV变频，另外30台不带变频）
2．PROFIBUS现场总线网络：CP5611卡、CPU226+EM277、PROFIBUS网络电缆
3．SIEMENS 工控机：SIMATIC RACK PC
4．SIEMENS PC BASED AUTOMATION COMPONENT : WINAC
5．上位机监控及数据处理软件：由MICROSOFT ACCESS2000开发
系统构成如下图：

单台细纱机控制柜连接图：

（二）.上位机软件结构：
上位机软件由以下两部分组成：
1.西门子最近推出的基于PC自动化软件：WINAC，其中包含了一个软件控制器，称为WINLC（WINDOWS LOGIC CONTROLER）。它使用西门子PROFIBUS网卡如CP5611、CP5613作为PROFIBUS主站，通过软件直接驱动PROFIBUS网卡来控制外部的PROFIBUS从站，如S7200系列的EM277模块、S7300系列的ET200等。对于它的简单配置如下图所示：

2.数据库和运行监控软件：此软件直接在Microsoft Access2000上开发，即上图所谓的第三方软件，Access2000通过WINLC提供的S7data Control（ACTIVE X）控件与WINLC通讯，然后利用读取的数据控制界面的显示及进行数据归档以进行报表处理。
（三）.本系统在STEP7中的组态
WINLC的编程工具是STEP7。在本系统中WINLC代表了一个S7300的软件控制器（它类似于CPU315-2DP，MPI地址为2，DP地址为1，CP5611卡的DP地址为0），在WINLC的DP网上挂接了60个EM277从站，在数据通讯上WINLC将自己的I/O地址映射到S7200的V地址区域。下图为本系统在STEP7中的组态：

 
WINLC为每个EM277分配了10个字节的输入和10个字节的输出，通过编码依次读取每台车的所有数据，然后将这些数据保存在数据块中供ACCESS读取，同时判断来自ACCESS的数据修改请求，并将数据传送到特定的车台。

四．数据库和运行监控软件的结构和界面：
本软件在结构上主要由以下部分组成：
a)监控界面部分：现场所有设备的运行状态的更新显示
b)生产报表部分：显示、统计和打印报表
c)数据分析部分：出示一些反映生产的综合指标的分析结果
d)人员信息部分：管理所有人员的信息
e)生产设定部分：负责对设备、人员、生产计划的设定
f)工艺配方部分：执行工艺参数的上载下载和工艺储存
g)用户查询部分：实现对生产状况的即时动态查询
h)工具箱部分：提供对数据库的数据修复、压缩、和备份等功能
i)系统报警部分：根据设备状态数据发出报警
j)系统提示部分：根据用户的操作发出提示信息
以下作简单介绍：

 系统登陆界面：

   
 登陆对话框：

  
1．监控界面部分
监控界面显示所有车台的实时运行状态和数据，主要有系统当前所处班次和上岗班、系统下次的班次和上岗班、各车台的运行状态（包括：与上位机的通讯状态、停车、高低速、落纱、故障、）、各班的累计总产量、各班当前班产、罗拉速度、锭子速度、捻度、变频频率、细纱号数、生产支别、粗纱锭量、牵伸倍数、定长、一落纱产量、一落纱的变频频率曲线、一落纱的罗拉转速曲线及罗拉平均速度、故障信息。
监控界面对所有车台采用轮询读取。每台车的采样频率为12秒一次，变频频率和罗拉转速曲线也为12秒记录一次。
如果遇改纱，将显示改前和改后的不同支别的产量(亨司)。
监控界面如下图所示：
 

变频曲线如下图：

     
    对应的前罗拉转速曲线：

    
2．生产报表部分
生产报表主要执行报表统计、历史报表显示、报表打印功能。
报表种类有：
设备利用：各班每台车的设备利用报表、各班每个挡车工的设备利用报表、每天各班每个落纱组的设备利用报表、每天设备利用报表、各班设备利用累计月报表、每天设备利用累计月报表。
产量分析：各班各车台产量报表，各班每个落纱组各支别的折合单产、生产效率月报表，各班各支别的折合单产、生产效率月报表，每天各支别的折合单产、生产效率月报表，各班各落纱组的生产量、折合产量月报表、各班的生产量、折合产量月报表、每天的生产量、折合产量月报表、每天各班的细纱班组产量日报表、每天各班的细纱班组产量月报表，每天各班各挡车工个人成绩日报表，每天各班各落纱工成绩日报表、每天各班各挡车工个人成绩月报表、每天各班各落纱工个人成绩月报表。
生产报表如下图所示

 
报表预览如下图所示：

 
报表统计如下图：

 
查看每个班各车台的休止记录：

 

3．人员信息部分：记录生产人员信息以供报表统计界面如下：

 

4．生产设定部分
生产设定包括：系统班次运转、早中夜三班的上班时间、生产月的起止、各班落纱组区域分配、各班落纱工所负责的车台分配、各班挡车工所负责的车台分配、设备常数的设定、当前各车台生产支别的设定、计划设定、月开工表设定。
系统班次运转设定：

 
各班落纱组区域分配：
一种颜色代表一个落纱组

 
各班各挡车工区域设定：
一种颜色代表一个区域

 
各车台生产支别设定：
一种颜色代表一种支别
 

月开工表设定：
 

5、工艺配方部分：
工艺配方部分主要处理所有车的参数上下载及保存工艺。
界面如下（带变频：1-30号车）：
 

LT-S曲线界面：

 
用户可以预先编辑几条工艺曲线并保存到工艺库中，需要时可以从工艺曲线库导入并下载到某台车。曲线导入界面：

 

一般来说，同一生产支别的车台具有相同的工艺参数。因此用户可能将相同的参数下载到选定的某些车中。可以称为工艺参数的群发功能,界面如下：

 

不带变频的工艺参数界面（31-60号车）：
 
             
6.数据分析部分：

 

7.系统报警部分：
系统报警部分负责对所有车台的运行状态的报警。主要包括：紧急刹车、TD200参数改变、与上位机的通讯状态、车台上反映的班次与上位机所处的班次比较、锭子速度、罗拉速度、牵伸倍数等报警。
界面如下图：

 

8.系统提示部分：
主要提示用户需要进行某些操作，或者给出软件操作的一些提示。
界面如下：
 

五．结束语
         本项目于2002年10月份投入使用。目前系统运行良好、稳定，达到用户预期的要求。因用户的生产计划预测数学模型还未建立，软件在生产计划预测方面有待改进。
六．应用体会
         此项目的完成得益于西门子公司提供的基于PC的自动化组件WINAC软件，在此项目中表现了该软件的长期运行稳定性。在此项目中我们利用在ACCESS数据库中内嵌WINAC提供的一个S7data control 控件来获取WINAC的数据。ACCESS数据库性能比较有限，如果需要优化运行性能，可以采用VB加大型数据库如Sybase等来开发。另外WINAC软件也是一个OPC SERVER，如果熟悉OPC技术，也可以直接利用OPC来获取WINAC的数据。最后需要强调的是，较多站点PROFIBUS-DP网络的布线是否规范合理直接影响到以后网络的正常运行，特别在本项目中整个车间有30台大功率变频器同时运行的情况下更应该充分考虑电磁干扰因素。