MES数据采集系统开发实践范文

摘要：介绍铁前MES数据采集系统的架构设计，软、硬件配置，以及实现数据采集并上传的软件应用。

关键词：MES系统；数据采集；架构设计

1问题的提出

柳钢将企业经营生产中的各个环节，包括市场分析、经营决策、计划调度、过程监控、销售服务、资源管理等有机的结合为一个整体，实现综合集成应用，并建立了全公司统一的生产管控平台———MES系统。随着公司MES系统的推进，铁前数据采集系统的构建势在必行。按总体建设方案，经论证，铁前MES数据采集系统应用服务器通过KEPServerExV4.0软件采集Siemens公司PLC系统、AB公司DCS系统以及Honeywell公司DCS系统等各种在用基础自动化系统中的仪表数据，然后通过自主开发的数采软件NX-OPCDA5.EXE将KEPWare采集的数据按照数据库标准格式传输到数据采集系统数据库，再以电文方式上传。本文对铁前MES数据采集系统的构建及其功能等做总结。

2设计及实现

2.1网络结构

首先，须连接各区域一级网络，即将一级网络统一汇集到二级应用服务器，并通过该服务器采集数据到配置好的数据库服务器；然后二级应用服务器通过自主开发的通讯中间件将数据传输到三级MES系统；实现从底层一级到二级数采、再到三级MES系统的完整数据链，并由MES系统将梳理统计好的数据出去；各分厂可通过MES系统实现数据共享，打破了信息孤岛现象；同时也实现了数出一源，数据不落地的目标。系统结构见图1。

2.2服务器配置

应用服务器采用惠普HP388标准配置，操作系统为WindowsServer2012R264位。服务器配置双网卡，其一网卡连接一级网络，即通过基础自动化系统预留的交换机接口，接入到基础自动化网络中，服务器上安装KEPServerExV4.0及自主开发的数采软件NXOPCDA5.EXE，并做好相应配置，作为OPCClient与基础自动化OPCServer进行通讯，实现二级数采系统与一级基础自动化系统间的数据交互；另一网卡与三级MES系统主干网络相接，实现数采应用服务器与铁前MES主机服务器间的数据通讯。采用双网卡能确保基础自动化系统与二、三级主机网络的相互独立性。二级数据库服务器采用惠普HP580标准配置，操作系统为Linux6.5，数据库为Oracle11g，配置一个网卡连接到二、三级网络中即可。

2.3软件实现

2.3.1通讯铁前MES数采系统设计采用KEPServerExV4.0作为中间数据桥梁。KEPServerEx是目前较为流行和普及的一款OPC通讯软件，采用最新一代凯普华通讯服务器技术，运行稳定可靠。KEPServerExOPC服务器的设计允许控制系统拥有快速通讯装置，内嵌了多种插件驱动程序、组件和130多种通讯协议，并且支持1000多种设备，因此能更加轻松便捷获取其他系统数据。

2.3.2数据采集信息部自行研发了一套数据采集应用软件———NXOPCDA5.EXE。它采用C++工具开发，可将KEPServerEx采集的数据根据业务需求分别以周期、条件或触发等3种模式存储到数据库中。该软件具有操作简单、易懂易学的特点，同时运行比较稳定。数采软件的使用方法及步骤如下：（1）在记事本DBServer.cfg中配置数据库帐户、密码、IP地址及端口号，如：（2）采用Excel表格生成数采数据接口表。接口表格式见图2，其中：第一、二行为基础信息行，不能占用。AcqType为采集方式（0-不采集、1-周期采集、2-变化采集、3-条件采集）；QueryCycle为采集周期；RedunPLC1、RedunPLC2分别为冗余的两套PLC的位号；Re-dunHeartbeat1、RedunHeartbeat2分别为冗余的两套PLC的心跳信号；Formula为采集条件表达式，支持lua脚本语言的所有运算符及函数；第三、四行为标题行；第五行以下则为数据行，所需采集的数据从此处开始写入；完成接口数据表数据录入后，运行自主开发的数采助手软件，系统自动生成配置文件opc.json。（3）点击生成脚本按钮，将形成一个SQL语句脚本，在相应的数据库里运行此脚本即可生成数据库table。脚本默认data_type为number(12,3)，有特殊需求的可以另外手动写SQL语句。（4）双击NXOPCDA5.EXE，整个数采系统开始运行，数据即可按照要求采集到相应的数据库表中去。

3系统优点

与铁前原有数采系统相比，本次自主开发的数采系统优点主要有：（1）规范与优化代码：原数采系统在开发过程中，由于前期经验不足，后期运行中不断打补丁，导致部分代码冗余。重新设计新建的数采系统吸收了之前的经验和成熟技术，在规范性和代码优化方面都有很大的提升。（2）维护、升级更方便：原数采系统所使用的代码都是直接写入的，修改时需要重新写代码并编译，维护人员必需理解程序源代码才能进行修改，因此对其技术水平要求较高。新建的数采系统使用配置型开发方式，大部分功能不需要写代码而只需修改配置文件即可实现。此外，新建系统文档资料完善，维护人员只需查阅系统功能说明书就可以进行维护和二次开发。（3）数据更精确：原数采系统设计时未考虑数据质量代码（OPC数据质量代码），存在数据不确定性。而新建系统增加了数据质量代码，当获取到的数据不确定或不好时，会自动在数据库中做标识并触发数据异常报警，进而在数据分析时可以排除非确定数据的影响。（4）更专业更高效：原数采系统采用VB工具开发，该软件更适合快速开发小型应用软件，但若做底层数据采集用途，VB则存在较多不足之处，如：不能开发出标准动态链接库（DLL）、使用多线程不稳定、将低级语言数据类型自动转换成高级语言数据类型时会造成运行性能损失等。新建数采系统采用更适合数采功能的C++语言开发，一些类似硬件驱动、Linux、Android系统等也都是采用C或C++开发的。（5）服务器系统更安全稳定：原数采系统采用Windows操作系统，新建系统采用Linux操作系统。相比之下，Linux环境下的病毒要比Windows环境下的病毒少得多，Linux系统可不用安装杀毒软件、开机数年不用重启，而Win-dows系统则需要安装杀毒软件并不断更新，且隔一段时间要重启一次。（6）数据库更强大：原数采系统采用SQLServer数据库，新建系统采用Oracle数据库。相比而言，Oracle要比SQLServer强大很多，特别是对大数据的支持能力。

4结语

新建的铁前数据采集系统通过生产过程实时综合优化服务，建立了铁前即焦化、炼铁、熔剂、气体等统一的数据模型，确保数据来源一致性，并提高了数据经过层层抽取之后的可信度；同时，解决了分期建设的不同应用系统、不同分厂之间彼此隔离、互不匹配、互不共享的“信息孤岛”问题，实现实时的数据交换和共享，为铁前MES系统提供了可靠的数据基础，保障了MES系统的高效运行并发挥作用。

作者：杨柳斌 程巍 潘智 莫春 单位：信息管理部