关键词：工业智能化；基础数据；IPC；数据采集平台；MES制造执行系统
在“十一五”后，卷烟工厂设备自动化和信息化程度得到了很大提高，特别随着烟草行业“智能制造”的提出、推进和发展，要求积极探索云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能等新技术与烟草产业深度融合，使得数据对工业企业经营的重要性提高到了前所未有的高度[1]。
从微观角度而言，数据采集是MES系统进行数据统计和生产管理的基础，基础数据的不完善必定会导致MES系统的功能应用不可靠、不可用。从宏观角度而言，完善的数据采集是智能制造推进和发展的基础，没有互联互通和数据采集与交互，工业云、工业大数据都将成为“无源之水”。
综上所述，一个完善的数据采集系统平台无论对于工厂在用的上层MES系统，还是对于未来将大力推行的烟草智能制造产业都是有着重大意义的。
1.数据采集系统平台解决方案
数据采集平台 “跨接”于现场层和MES层之间，实现现场设备和MES系统之间双向的数据交互。该平台能够良好地兼容各种现场通信接口，并将现场基础数据通过不同的接口统一采集到IPC数采站，再经由一个开放的标准OPC通信接口，实现数据从数据采集平台到MES系统的传递。
1.1总体架构及拓扑结构
图 1为数据采集平台的网络结构。如图 1所示，在卷包车间和成型车间分别架设一台虚拟化数据采集服务器，数据采集服务器除采集、存储数据外，还承担着与MES系统进行数据交互的任务。
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图 1数据采集系统平台网络架构
每个生产单元配置一台带双网卡的数据采集工作站，其中一块网卡接入控制系统网络，通过OPC方式获取生产单元控制系统数据，另一块网卡接入数据采集专用网络，将通过数据处理软件处理后的有效数据通过数据通信模块送入数据采集服务器进行存储，形成全面准确的数采数据库。在数据采集工作站与生产单元间配置工业百兆交换机，在数采骨干网上配置一台千兆三层交换机。以数采服务器和数采工作站为核心搭建数据采集高速局域网，避免数据采集网络出现拥堵、数据传输不及时等状况，保证数据采集平台的稳定性和可靠性。
为保证数据采集网络的安全性和稳定性，在数据采集系统与MES系统交界处配置硬件防火墙，对数据访问进行安全限制，杜绝任何非法的不安全的访问和攻击。
1.2网络安全性评估
除在数据采集网络与MES系统交界处设置硬件防火墙做好边界防护抵御外部风险外，还通过访问控制、检查安全漏洞、网络管理、加密通讯、备份和恢复、多层防御、终端控制、管理控制等措施保证网络的安全和数据传输安全。
1.3通信网络带宽、稳定性
每个生产单元的数据采集点数量大致在1700个左右，数据采集网络的带宽的瓶颈在于数采网络骨干网，因此，在数采工作站与数采服务器之间采用工业级三层千兆网络交换机，保证整个数采网络的带宽满足数据采集平台的要求，实现整个数采网络通信的稳定性和实时性。
1.4平台拓展性
通过新增部分硬件设备，就能完成数据采集平台到“单机智能化平台”的过度，使其具备“智能化”的能力：在现有的系统架构基础上，在现场布置一台高性能IPC，作为现场的数采控制器；另外，车间机房内将布置一个高性能服务器集群，构成一个既有集中处理能力，又有“边缘”处理能力的系统平台，为工业互联网、大数据、云计算等提供的可靠、稳定的硬件保障，使智能化功能、应用和软件的开发拥有更多可能性。
在完善、准确、实时的基础数据的基础上，可以针对现场“单机设备”的运行、操作、维护等方面进行功能应用的开发，比如智能专家故障实时诊断功能、智能辅料管控功能、现场设备时钟同步功能等。
系统功能的分布完全采用“边缘计算”的思想和处理方式，对于数据量较小、实时性要求较高的功能，将直接部署在IPC控制器内，而对于数据量大、算法复杂的功能，将部署在本地服务器中，新功能产生的数据将连同原始设备数据一同送到本地服务器。
2.结 语
数据采集平台是针对卷烟厂卷包车间和成型车间的数据采集的解决方案，具备以下特性：
（1）解决现场控制设备数据采集完整性、准确性、稳定性、实时性；
（2）兼容现场设备复杂的通信接口；
（3）具备强大的原始数据映射、清洗、筛选、整理能力；
（4）对上层管理系统接口开放；
（5）网络安全风险小；
（6）具有冗余的网络拓扑接口，网络带宽压力小；
（7）可拓展性良好。
数据采集平台为MES系统的应用和智能工厂的建设提供了有力的基础保障。它是一种思想和模式，具有可复制性，除了在卷烟厂卷包车间和成型车间的应用外，也可以探索其在烟草行业的制丝、复烤车间，甚至其他行业的工厂的应用可能性。
参考文献:
[1]余姚.工业大数据是实现智能制造的重要抓手[EB/OL].https://www.sohu.com/a/240394684_100126234. 2018-07-10.
[2]MES越来越有可能成为工厂运营的核心[EB/OL]. https://blog.csdn.net/qq_41794136/article/details/81501888. 2018-08-08.
[3]季哲.《中国烟草》2020年第1期 总第664期[J]. 2019-12-30
[4]王志新. 制造执行系统MES及应用[M]. 中国电力出版社. 2006
[5]刘飞/张晓冬/杨丹. 制造系统工程[M]. 国防工业出版社. 2002-1-1
论文作者:彭勃
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2月第5期
论文发表时间:2020/5/9