1 引 言
某启动器生产厂为冰箱生产厂提供保护器和启动器，生产主要工序包括：端子板铆接、电热丝组装高度修整、盒完成组装接通。温度调褴检查、初动作特性检查、型号标记打印、粘结干燥、软线点焊、上部点焊和组装等。目前除温调工序数据为自动采集外，其余工序均为手工记录，且所有工序的历史数据均只通过纸版打印的形式保存。由于生产规模扩大，传统的纸版数据存储和统计模式已经难以适应生产管理的要求。针对此要求，本文提炼数据录入表格模板，并基于工业以太网建克数据采集系统，以实现生产数据的采集和计算机自动存储和统计等功能。
2 系统架构
数据采集系统基于TCPAP的工业以太网建立，由数据库服务器、PC客户端(数据录入)、数据采集计算机和智能终端组成。整体结构如图1所示。
图1 系统整体结构
温调为生产流程中最关键的工序，目前采用三菱KX2N系列PLC控制，其合格率等数据可通过PLC采集。而点焊、插片等工序为人工操作，数据也采用手工录入的形式。针对该厂实际情况，本文相应采用数据自动采集和人工录入两种方式，其中温调工序的数据自动采集，其余工序人工录入。如图2。如果今后点焊等工序也实现流水线生产，规模扩大或者数据改为自动采集，只需增加VDS100等模块，方便实现系统的升级和扩展。数据采集计算机自动采集或PC客户端手工录入的数据存入数据库服务器的数据库中。
在自动采集部分，数据采集计算机运行自动采集程序，通过智能终端以实现对生产数据的自动采集。数据采集计算机(上位机)与智能终端(下位机)采用主从应答方式进行通讯。数据采集计算机处于主动的状态，通过以太网向智能终端发送各种命令。而智能终端作为下位机则于从动状态，一直处于监听状态。
3 数据自动采集子系统
3.1 通讯方式
FX2N PLC通常可通过编程口、功能扩展板和通信专用模块等三种方式与上位机通讯。现场PLC的编程口已经连接触摸屏，用以现场监控和操作，且编程口通讯方式通讯距离很短，难以满足数据采集要求。现场数据采集计算机和PLC的铺线距离约30米，且采集数据量约为每台温调机100字节／分钟，数据量较小。综合考虑数据量、通讯距离、成本等因素，最终选用和FX2N系列PLC配套的RS-485-BD功能扩展板实现通讯，其通讯距离接近50米，完全呵以满足数据通讯要求。
同时，一方面考虑到RS-485通信存在抗干扰能力差，无纠错重发机制，不方便扩展等缺点，另一方面该企业内部局域网建设比较完善，各计算机都已接入网络，PLC附近也有以太网端口，故通过以太网，采用串口服务器实现数据传输。串口服务器是一种协议转换模块，它可以提供多路RS-232或RS-422／485串行接口一个以太网接口，将RS232／422／485串行设备接入TCMP网络中，主计算机采用TCP／IP协议通过以太网访问被接入的终端设备。在本方案中，我们采用Lantronix公司的VDS100串口服务器，系统结构如图1所示。两台PLc的FX2N-185-BD以485总线方式与串口服务器的串行接口连接，串口服务器通过网络接口接入以太网，通过TCP／IP协议与同一网络中的数据采集计算机通信，后者上运行数据自动采集程序，并将数据通过以太网存储到数据库中，实现数据共享。
3.2 系统设置与软件设计
3.2.1 PLC通信设置
FX2N PLC支持多种与FX2N-485-BD配合的串行通信格式。本文定义的串行通信格式为：7位数据位，1位停止位，偶校验，波特率9600bps，无Header，无Terminator。此外PLC设置站号，从“00”开始，以实现485总线上各子站的识别，协议使用专用协议1，相关设置可在内部的特殊寄存器D8120-D8129进行设置，这些数据寄存器有掉电保护功能，所以只需要在线或离线设置一次即可，把对PLC控制程序的影响降到最低。
3.2.2 VDS100设置
VDS100是串口通信到以太网通信的转换器，一方面要将其串口端设冠成485总线，另一方面要在以太网端设置IP、掩码等。以确保串口服务器既能和串口设备通信，也能顺利接入以太网。
3.2.3 软件设计
数据采集程序的主要功能是实现数据采集计算机和VDS100的通信功能，以便可以通过其读取各PLC的数据。因为它们是在以太网中，所以上位机可采用SOCKET编程，此外，为方便使用，VDS100提供了“虚拟串口”的驱动程序，安装驱动程序后，即可在PC机上产生多个由驱动程序仿真的虚拟串口。VDS100使用一种叫做“串行隧道”的方法，把串行数据封装到数据包中，并在以太网上传输，只需要打开软件所虚拟的串口即町透明访问远端串口设备，类似于对普通串口一样进行一对一的收发和控制。这样以来，VDS100结合了串口通讯的简单方便，又利用了以太网的高效稳定。在本应用中，上位机操作系统为WindowsXP。开发工具为VB6.0，串行通信主要用MSComm控件实现，和数据库的连接采用ODBC数据源的方式，数据采集程序流程图
4 数据手工采集子系统
4.1 分析
由于该厂大部分工序目前仍为手工操作。相应工序数据也由人工录入，因此必须在数据采集点设置PC客户端，同时要有易于操作的人机界面供用户的录入数据。
虽然该厂工序不多，但生产表格繁多，各种表格共有100余张，且表间关系复杂。若逐一设计出这峰表格，将会耗费大量地时间和精力，且不利于维护。对所有原始表格分析后发现，虽然表格繁多，但许多表格有着相同或相似的格式，有些表格的关系也是类似的，可以从中提炼出几种基本的表格模板，其特点为：
1)单表
单表占的比例较大，结构简单。例如“保护器动作特性检查表”， “个人生产记录”都是单表。此类表特点是，表格中的记录项目一样，只是记录数不同，指每个批次中，所有项按照时间顺序会有固定或不固定的几条记录，这样只需以单表的项目作为记录设计数据库表格，将记录数全部存储进去，单表的每一条记录与数据库中的每条记录一一对应。在单表表单上，数据按天显示，初次打开时，表单默认日期的为当天，要录人数据时。选择所要的日期便可以录入数据，保存后，数据便进入数据库，当需要查询时，只需在表单上方选择相应的日期即可。
2)父子记录表
例如“PTC元件进厂抽检检验统计表”， “PTC元件检验判定表”为父子记录表。虽然单表结构清晰，维护方便，但有些表单无法用单表来反应，这些表里，同单表一样，每个批次会有一些项是有几条记录值，而另外的许多项却一个批次只有一个记录值，这些表就需要使用父子记录表来保存。父子记录表由三张表构成，一张表保存该批次的仅有一个记录值的项，称之为父表，有多条记录值的项保存在子表里。子表和父表通过各自的记录号多对一的在一张中间表里对应起来，日期批次等唯一的查询参数放在父表里，保存查询时，只需根据日期和批次在父表里找出唯一的一条记录，再根据此记录的记录号从中间表里查出对应的子表记录号，从而根据此唯一的记录号从子表中调出记录。
4.2 系统设计与实现
在设计PC客户端时，采用了ASP结合ActiveX控件技术。采用Windows NT下的IIS5.0(Intemet Information Server)作为web服务器，提供嵌入ActiveX控件的ASP网供PC客户端调用。当PC客户端请求一个ASP页面时。Web服务器负责PC客户端的请求响应给数据库服务器，再把数据库的数据传给PC客户端。值得注意的是，嵌入到服务器网页的ActiveX控件在Pc客户端进行注册。这样打开PC的lE浏览器，凭借用户名和密码获取相应权限，即可实现类似于传统的C／S架构的客户端程序的功能，实现数据录入与查询。以“保护器初动作特性检查表”为例，数据录入界面如图3所示。
图3 数据手工录入界面示例
5 结 语
通过工业以太网通讯实现企业生产数据的采集，可克服可靠性差、效率低和实时性较差等缺点，对于工业自动化有着重在意义。别外，本文合理处理了企业原始表格种类繁多，形式各异等问题目。最后提炼出几种典型模板，并实现PC端录入界面的统一。以后类似的项目也可借鉴这种模式。
本文作者:李正波 杜启亮 莫鸿强 毛宗源 林锦贇 来源:万方数据E-works
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