CN103569421B - 一种用于卷烟包装机的数据采集分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于卷烟包装机的数据采集分析装置，该数据采集分析装置主要由一数据处理与分析组件连接一设备接口驱动组件组成，数据处理与分析组件、设备接口驱动组件分别连接一主控调度组件；所述的数据处理与分析组件连接服务器，所述的设备接口驱动组件连接卷烟包装机。与现有技术相比，本发明装置可应对不同机型的卷烟包装机设备，通过简单的配置之后可以实现对其进行数据采集，而无需单独为每一种机型或单台设备重新开发，采集的数据实时性和准确性高，可以真实反应生产现场的实际情况。

Description

一种用于卷烟包装机的数据采集分析装置

技术领域

本发明涉及烟草工业卷烟包装机的设备数据采集技术。

背景技术

烟草工业卷接包设备大致可以分为原装进口设备、国外转让技术国内生产设备、国产设备等几类，因设备购买时期不同，不同时期的主流控制技术不一致，故设备采用的自动控制系统也所差别，进而支持的数据采集接口也不尽相同，当然，同一种机型支持的数据采集接口也是多样的。现有的卷烟包装机数据采集技术手段主要有：

1.通过为卷烟包装设备增加额外传感器采集生产产量计量、实时消耗计量等数据。

2.从设备的上位监控系统中进行数据集成来获取所需数据。

3.通过成品入库的数量和原辅料的实际领用量结合人工排班计划、设备开停记录和设备理论效率推算出单台设备的生产数据和消耗数据信息。

上述技术手段存在的缺点是：

1.通过为卷烟包装设备增加额外传感器采集生产产量计量、实时消耗计量等数据，这种技术手段，对应一个计量点增加一个传感器，需要为设备增加大量的传感器，传感器的校准和后期的维护工作量很大，传感器本身的计量准确性将直接影响采集数据的真实性，与实际数据可能会有较大出入。

2.从设备的上位监控系统中进行数据集成来获取所需数据，这种技术手段对设备本身的上位监控系统依赖性强，上位监控系统的稳定直接影响数据采集的准确性和实时性，同时采集的数据项将直接依赖上位监控系统的数据量。

3.通过成品入库的数量和原辅料的实际领用量结合人工排班计划、设备开停记录和设备理论效率推算出单台设备的生产数据和消耗数据信息。这种采用公式计算反推的模式不能真实反应生产现场的实际情况。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明针对机型多样的卷烟包装设备构建一种用于卷烟包装机的数据采集分析装置。该装置可应对不同机型的卷烟包装机设备，通过简单的配置之后可以实现对其进行数据采集，而无需单独为每一种机型或单台设备重新开发，采集的数据实时性和准确性高，可以真实反应生产现场的实际情况。

为实现上述目的，本发明技术方案为：

一种用于卷烟包装机的数据采集分析装置，该数据采集分析装置主要由一数据处理与分析组件连接一设备接口驱动组件组成，数据处理与分析组件、设备接口驱动组件分别连接一主控调度组件；所述的数据处理与分析组件连接服务器，所述的设备接口驱动组件连接卷烟包装机。

进一步的，所述的设备接口驱动组件是由一负责数据采集与处理的数据采集单元连接一负责设备相关参数设置的参数设置单元和一负责设备监控与报表查询的本地展现单元组成的。

进一步的，所述的数据处理与分析组件是由数据加工单元连接一基础公共功能单元、一参数设置单元、一公共数据共享单元、一运行记录服务单元和一网络通讯服务单元组成的；所述的数据加工单元依据过滤规则对数据进行过滤；所述的基础公共功能单元提供一组通用功能，根据其对应的配置文件的不同，加载不同扩展组件数；所述的参数设置单元设置有通用参数设置功能和规则导入功能；所述的公共数据共享单元为独立进程的现场管理单元提供公共数据服务；所述的运行记录服务单元定时记录数据采集分析装置的运行时间和操作系统的运行时间以及其它相关信息；所述的网络通讯服务单元为不同的接口服务提供一个对内核数据的统一接口。

进一步的，所述的主控调度组件负责设备接口驱动组件和数据处理与分析组件的加载、运行控制以及公共资源的调度管理。

上述技术方案的有益之处在于：

本发明基于烟草工业已有卷烟包装设备机型的控制系统类型构建，设备接口驱动组件完成与设备控制系统的通讯连接、抓取设备的原始数据，以通用格式为数据处理模块提供数据。本发明以烟草工业的行业数据处理规则为基础，结合企业用户对数据的特殊格式化要求，对设备接口驱动组件提供的数据进行处理和加工，同时以企业的生产管理指标模型为基础，对从处理的结果数据进行各类指标的分析处理，为企业生产管理者提供更多的帮助。本发明由主控调度组件负责协调各组件之间的资源调度和协调。

与现有技术中通过为卷烟包装设备增加额外传感器采集生产产量计量、实时消耗计量等数据的技术手段相比，本发明的技术方案的优点是直接从设备现有的电控系统采集，不额外增加检测单元便于系统的实施和后期的维护。

与现有技术中从设备的上位监控系统中进行数据集成来获取所需数据的技术手段相比，本发明技术方案的优点是从控制系统中获取数据使得获取的数据更完整，系统更可靠，系统的稳定不依赖第三方软件系统。

与现有技术中通过成品入库的数量和原辅料的实际领用量结合人工排班计划、设备开停记录和设备理论效率推算出单台设备的生产数据和消耗数据信息的技术手段相比，本发明技术方案的优点是直接采集现场设备的真实数据，可以真实反应生成状况。

附图说明

图1是本发明数据采集分析装置结构示意图。

图2是本发明设备接口驱动组件架构示意图。

图3是本发明数据加工单元的工作流程示意图。

图4是本发明的公共数据共享单元的工作原理示意图。

图5是本发明的运行记录服务单元的工作原理示意图。

图6是本发明主控调度组件的加载流程示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例说明本发明。

如图1所示的一种用于卷烟包装机的数据采集分析装置，该数据采集分析装置应用于烟草工业企业卷烟包装设备数据采集，满足了管理信息系统对实时数据采集的要求，其次，该装置的分析和设计过程应用面向对象的思想，具有组件化、易扩展等特点。数据采集分析装置主要的功能是采集设备的原始数据按一定的规则进行处理和分析，最终得到用户理想格式的数据信息。

本发明数据采集分析装置主要由一数据处理与分析组件连接一设备接口驱动组件组成，数据处理与分析组件、设备接口驱动组件分别连接一主控调度组件；所述的数据处理与分析组件连接服务器，所述的设备接口驱动组件连接卷烟包装机。

处于最底层是卷烟包装设备的设备接口驱动组件，是数据采集分析装置面向卷烟包装设备的接口，设备接口驱动组件是唯一与具体硬件接口进行通讯的层级，它为上层使用者提供了设备无关性功能，使其不用关心不同硬件带来的差别，只需通过系统控制层提供的层间接口进行原始数据的收集，实现了设备无关性。在设备接口驱动组件的上层为数据处理和分析组件，它是整体系统的核心，针对每种不同类型的设备开发特定的处理和分析单元（亦提供了用户处理和分析规则模板导入功能，使得企业可以直接使用数据分析的结果）。主控调度组件是整个装置的技术基础，该组件提供装置运行所常用的公共功能，并提供一系列组件，使装置的数据处理更加容易，更易于使用、维护以及故障定位与排除。设备接口驱动组件、数据处理与分析组件由主控调度组件加载和运行。在主控调度组件中，设定一个大的容器，各功能组件、消息系统、数据支持系统、网络通讯等都由它统一调度与处理，它是整个系统的指挥中心。

如图2所示的设备接口驱动组件是数据采集分析装置的核心组件，负责与设备通讯、采集数据和对数据的初步分类加工处理，提供设备监控和与之相关的生产、质量、设备等相关报告显示以及参数设置功能。不同机型，特别是卷烟与包装机型之间，数据的差别非常大；即使同是卷烟机，不同厂家的设备，差别也很大。因此此组件主要是提供一个模板和一个具体的设备实现实例，其它机型和设备可视具体情况进行二次修改开发，但此组件对外提供的接口保持不变。

本发明设备接口驱动组件是由一负责数据采集与处理的数据采集单元连接一负责设备相关参数设置的参数设置单元和一负责设备监控与报表查询的本地展现单元组成的。

设备接口驱动组件需要与设备通讯获取数据，不同设备接口和所需的通讯驱动不同。可以根据需要，决定是否将设备通讯的驱动单独分离成一个驱动库。一般性的原则是，如果通讯驱动实现复杂，或同一种设备有多种不同的接口，为了保持设备接口驱动组件在数据获取层的相对稳定，通讯驱动组件单独封装。ZJ17卷烟机数据采集中，每个设备单元都是采用不同接口协议通讯，在Windows平台下实现较为简单（只需要做好几个API调用），因此直接将其实现放在设备接口驱动组件中。

设备接口驱动组件通过通讯驱动从设备上获取数据，形成一个本地数据库，完成的功能有：原始数据采集，周期性的事务处理，对外提供原始数据和设备操作接口，提供对设备参数设置的接口等。

所述的数据处理与分析组件是整个数据采集分析装置的技术基础。通过对系统的分析，将实现数据处理和分析所需的功能抽象出来，实现一组数据采集分析装置开发和运行所常用的公共功能，使数据采集分析装置更易于使用、维护以及故障定位与排除。该数据处理与分析组件是由数据加工单元连接一基础公共功能单元、一参数设置单元、一公共数据共享单元、一运行记录服务单元和一网络通讯服务单元组成的。

所述的基础公共功能单元目的是提供一组通用功能，以简化其它单元的同时提高软件质量。所有功能都采用纯API代码形式编写，不包括任何资源。根据支持功能的不同，分为配置信息、牌号支持、班次处理支持、加密支持、临界资源管理等功能组件。

该基础公共功能单元是根据其对应的配置文件的不同，加载不同扩展组件数。本组件不需要其它单元的支持，仅在主控程序中初始化和卸载。只要提供具体的一组API接口集，完成数据采集分析装置的必要功能。主要API接口有以下：

a) 配置信息功能组: 提供数据采集分析装置运行目录、主配置文件绝对路径和名称、辅助配置文件绝对路径和名称等功能；

b) 版权控制功能组: 提供装置名称、主次版本号、软件版权信息、软件主程序版本信息、软件主程序信号量名称（系统识别、防重入使用）、软件主程序名称等功能；

c) 字符串操作组: 提供适用数据采集分析装置使用的字符串复制、长度计算等功能；

d) 日期时间操作组: 提供数值与字符串格式日期相互转换、闰年计算、前一天、后一天计算等功能；

e) 权限处理操作组: 提供系统授权检查、人员验证、密码验证、密码提取与修改等功能；

f) OS操作组: 提供操作系统版本、文件复制与拼接、增强的窗体查找、增强的窗体激活等功能，支持Windows98及其后续版本；

g) 机台配置信息操作组: 提供车间编号（含工厂编号）、机型、机组号的读取与设置等功能；

h) 网络通讯组: 提供与服务器通讯的一组相关功能，包括服务器IP、端口号、通用数据发送接口等；

i) 单牌号操作组: 提供设备与数据采集分析装置一对一模式的牌号处理功能组，包括对当前牌号代码和名称的查询与保存、下一个牌号代码和名称的查询与保存等功能；

j) 多牌号操作组: 提供设备与数据采集分析装置多对一模式的牌号处理功能组，包括对某一设备当前牌号代码和名称的查询与保存、下一个牌号代码和名称的查询与保存等功能；

k) 班次操作组: 提供工作班次读取与保存、新工作班次合法性检查、当前时刻班次查询、指定时刻班次查询、本班总工作时间查询、本班剩余工作时间查询等功能；

l) 调试信息操作组: 提供LOG信息保存（可指定保存文件名）、启用、停用调试信息（支持TELNET协议，可用TELNET远程查看调试信息）、报警信息处理、调试记录获取等功能；调试信息可以通过主配置文件来决定是否打开，如果关闭，则大部分信息将不会被记录；

m) 自动加载功能组: 提供一组功能调用，用于在数据采集分析装置启动时，根据配置文件内容，自动从本软件运行目录下加载一些扩展功能的程序。

n) 数据通讯服务功能组: 提供数据采集分析装置内部消息自动调用接口，通过它扩展一些系统预定义的消息接口，并纳入整个装置体系进行管理（类似于Windows消息处理机制）。数据通讯服务功能设定的功能组件有：装载数据通讯服务注册消息列表、执行数据通讯服务注册消息、卸载数据通讯服务等。

o) 数据通讯服务消息自动调用（解码）功能组: 数据采集分析装置与服务器之间设定一些基于中间组件进行交换的数据，如下发的牌号、通知的接收等，这些功能随着管理系统的完善将越来越复杂。数据通讯服务消息自动调用（通讯解码）功能组，可以在不改动现有数据采集分析装置的情况下，提供对这些新业务的支持，满足用户的需求。数据通讯服务消息自动调用（通讯解码）功能组设定的功能有：装载数据通讯服务注册消息列表、卸载数据通讯服务、执行数据通讯服务注册消息等；

p) 临界资源管理: 提供对临界资源管理模板，降低了对临界资源管理的难度，提高了对临界资源操作的安全性；

q) 历史数据保存: 提供一组封装接口，在软件支持下，在换班时将本班数据自动转化为历史数据保存。

所述的参数设置单元提供通用参数设置功能和规则导入功能，前者主要是在装置部署时依据设备情况或者企业情况进行装置运行必备的特性参数设置；而后者主要是完成用户个性化数据规格化处理的规则模型导入功能。

规则导入功能提供给用户一个模板化的数据处理规则导入接口，用户在装置部署前基于企业自身的管理需求按照模板格式将规则规格化后导入至装置中，为装置的数据处理分析提供业务算法支撑，以保证装置最终输出的数据信息格式合乎企业自身管理需求。

通用参数设置包括机台日期和时间设置、操作者密码修改、维护员密码修改、工作班次设置等功能。数据采集分析装置为通用参数设置功能了三级权限功能：操作者权限、维护员权限、管理员权限。必需先登录数据采集分析装置，打开相应权限才能进行相应的操作。通用参数和数据采集分析装置的特定参数设置功能一起组合成一个参数设置界面，其中功能项个数、功能项对应的组件和接口、操作此功能项所需权限等，都是通过灵活的配置来实现的。

通用参数设置功能由“扩展的基础公共功能单元”提供，具体说明可以参考“扩展的基础公共功能单元”一节。

如图3所示的数据加工流程，本发明数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于烟草加工企业生产管理人员来说是有价值、有意义的数据。数据处理是系统工程和自动控制的基本环节，根据参数设置单元的处理规则进行数据加工，以保证装置加工后的数据为客户所有，避免产生脏数据。

因不同的企业对数据处理的需求可能有所出入，所以在装置部署前期应该根据生产企业的个性化需求依据装置提供的模板进行规则的生成与导入。本发明数据加工单元依据过滤规则对数据进行过滤，对无效数据予以丢弃，有效数据提交给数据加工单元进行加工，因数字量数据和模拟量数据的特性不一样，故在数据加工时区别对待，分别由数字量数据加工器件和模拟量数据加工器件依据数据处理规则来进行深一步数据处理，处理之后的数据依据实时类数据和结账类数据两类从不同路径分别输出。

本发明公共数据共享单元的设定主要为独立进程（.EXE）的现场管理单元提供公共数据服务。如图4所示，公共数据共享单元分为服务端和客户端（同一个单元，只有启动参数不同）。服务端与数据采集分析装置在同一系统平台上，与数据采集分析装置一起运行；客户端可以在不同的目录，可多次加载。服务端由主控程序的自动加载服务加载，数据由主控程序的UWM_GETDATA消息响应接口提供。

为了实现跨进程之间的通讯，引用一个基于操作系统的内存映像文件进行公共数据的缓存区为有数据内核，通过公共数据操作库进行读写操作。数据由主控程序从各数据源抓取之后，通过公共数据操作库的服务端将数据更新到内存映像文件中。扩展功能读取数据时，通过公共数据操作库的客户端从内存映像区获取最新的公共数据。

通过公共数据共享组件，统一数据采集工作站软件基础数据的管理，避免每增加一个功能，就增加一个配置项。同时减少系统部署时的配置工作，消除重复项，减少出错概率。

虽然数据采集分析装置每次启动时可以进行记录，但考虑到可能遇到操作系统崩溃、中途异常退出等情况下很难保证能进行记录，做到有据可查。为跟踪数据采集分析装置的运行情况。本发明设定运行记录服务组件,由本组件定时记录数据采集分析装置的运行时间和操作系统的运行时间以及其它相关信息，方便进行事后分析。

记录文件名称设为：Log\DCAppRunLog.TXT

如图4所示的运行记录功能工作原理图，此运行记录功能由自动装载服务根据配置文件在系统启动时加载服务，由系统定时服务定时调用记录组件，不需要时可以关闭。

所述的网络通讯服务单元是在操作系统和通用数据采集分析装置的支持下，经过具体设备相关的设备接口驱动组件采集设备数据和数据处理与分析组件完成对各种数据的加工处理。在其上抽象出通用通讯抽象接口层，为不同的接口服务提供一个对内核数据的统一接口。通用通讯抽象接口层屏蔽了与数据处理的细节和不同设备之间的差异，抽象出一个与具体设备无关的通用通讯接口层，并为TCP/IP、OPC、Remoting等不同网络通讯服务接口提供通讯支持网络通讯服务单元的存在，使得数据的外部传输机制与内核对像分离，可以根据与上层的服务器的协商结果灵活选用具体的通讯协议。通讯协议的更改，也不会影响内核对象的数据传输，实现外部数据的相对独立。

网络通讯服务单元属于数据采集分析装置服务，无界面，支持的协议有TCP/IP、NetBios、Pipe、DCOM（Distributed Component Object Model，分布式对象组件模型）、OPC、.NET Remoting等。

数据采集工作站所有数据由数据处理与分析单元加工处理，之后进行通讯编码，经由TCP Client驱动，将数据提交给数据通讯服务器。数据通讯服务器返回的数据，由TCP Client接收之后，往上一层提交进行数据解码和初步处理，再提交更上一层由数据处理组件进行具体的响应。

数据通讯服务器由TCP Server驱动侦听网络连接，与数据采集工作站建立数据通讯链路。TCP Server接收的数据，经由数据编码层进行解码，并提交上一层由数据池管理器处理。数据池是所有实时数据的中心，存储当前所有实时数据和运行状态信息。数据库服务负责将数据池数据实时写入数据库，并将管理软件下发的信息从数据库读取并传送到数据池，经由数据编码层编码并通过TCP Server驱动层传送。

所述的主控调度组件负责设备接口驱动组件和数据处理与分析组件的加载、运行控制以及公共资源的调度管理。主控调度组件的加载流程如图6所示，该主控调度组件包括主功能组件、主界面、消息中转、加载自动加载服务、网络通讯消息注册服务、功能键重载服务、提供定时服务、关于数采系统、退出等。

主控调度组件主要功能有：

a) 授权验证

b) 创建主对话框（自适应屏幕大小）、标题栏、报警栏、提示栏等

c) 加载功能键重载服务

d) 加载装置各子组件或单元

e) 加载数据通讯服务消息注册服务

f) 加载自动加载服务

g) 提供定时服务

h) 提供消息中转服务

i) 提供底层数据获取公共接口（通过调用底层封装单元实现）

j) 界面内容动态变化维护

k)界面描述

操作方法：通过屏幕底行提供的功能按钮实现相应的功能；功能按钮的功能随相应的子功能调用而变化（即可以重载）。

Claims (1)

1.一种用于卷烟包装机的数据采集分析装置，其特征在于：该数据采集分析装置主要由一数据处理与分析组件连接一设备接口驱动组件组成，数据处理与分析组件、设备接口驱动组件分别连接一主控调度组件；所述的数据处理与分析组件连接服务器，所述的设备接口驱动组件连接卷烟包装机；所述的设备接口驱动组件是由一负责数据采集与处理的数据采集单元连接一负责设备相关参数设置的参数设置单元和一负责设备监控与报表查询的本地展现单元组成的；所述的数据处理与分析组件是由数据加工单元连接一基础公共功能单元、一参数设置单元、一公共数据共享单元、一运行记录服务单元和一网络通讯服务单元组成的；所述的数据加工单元依据过滤规则对数据进行过滤；所述的基础公共功能单元提供一组通用功能，根据其对应的配置文件的不同，加载不同扩展组件数；所述的参数设置单元设置有通用参数设置功能和规则导入功能；所述的公共数据共享单元为独立进程的现场管理单元提供公共数据服务；所述的运行记录服务单元定时记录数据采集分析装置的运行时间和操作系统的运行时间以及其它相关信息；所述的网络通讯服务单元为不同的接口服务提供一个对内核数据的统一接口；所述的主控调度组件负责设备接口驱动组件和数据处理与分析组件的加载、运行控制以及公共资源的调度管理。