Design of quality traceability system for a kind of electromechanical products based on OPC
School of Computer,Chongqing College of Electronic Engineering;
Abstract：
Aimed at the puzzle of being difficult to carry through the quality traceability for the unqualified products resulted in a great variety of electromechanical products, the paper designed a kind of quality traceability system of electromechanical products based on OPC. In the paper, it pointed out the complexity and technology difficulty of product quality tracing, discussed on the technical specification, the essence of technology, the principle of data exchange and the data access interface, researched on the framework of product quality traceability system, and designed a quality traceability system of electromechanical products based on OPC. Taken the interconnection of monitoring software system as an example, it built the system which demonstrated that the seamless integration of heterogeneous system based on OPC could overcome the puzzle of information islands resulted in device diversity and driver incompatibility. The practice shows that it has a broad prospect of application to the quality traceability system based on OPC.
Keyword：
Quality traceability; Information islands; Heterogeneous system; OPC; System integration;
1 Introduction
With the fast development of economy and technology, the traceability system based on the technology of bar code and RFID etc. of product quality has obtained considerable progress in all aspects [1-4]. Traceability means tracking and tracing, its meaning is an event sequence of events tracing analysis by means of a clue ( phenomena, such as the ID) ,and from which, it can find out the root cause of the incident. The tracking and tracing of products have an extremely wide coverage from raw materials to the assembly line until the finished product off-line storage, it covers lots of other links such as tracking monitoring and real-time data acquisition and so on, it deals with the puzzle of how to integrate a large number of heterogeneous software system especially in the large-scale industrial automation production, and therefore, it is not easy to the construction of product quality traceability system [5-8]. The traceability of products quality is of great significance to help enterprises solve the analysis of product aspects such as quality defects, distinguishing responsibility, production improvement, retrospective recall, inventory management, process control, quality management and false proof and so on, it is directly related to product quality, service quality and promotion of enterprise image. From the perspective of building the traceability system, the following briefly discusses the integration of heterogeneous software system based on OPC.
2 Complexity and technical puzzle
2. 1 Complexity of traceability system
The traceability belongs to post-action control, and the aim is that it can find out where is the problem of quality defects through the feedback after the event. With the help of technology such as barcode, RFID and so on, it can get all the key information of traceability by means of integrating the key data of production process, however, traceability is very complex. The traceability is divided into the forward and reverse traceability, in which, the forward traceability refers to the traceability from top to bottom up to product serial number, and it traces the product composition and the information related to the production process. The reverse traceability means that it traces the all related to the batch of components or raw materials products from the top down for components or raw materials used in the product batch, and the aim is to reduce the range of processing unqualified products or recall. In order to investigate responsibility, the traceability can be divided into horizontal and longitudinal tr
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一类基于OPC的机电产品质量追溯系统设计
摘要: 针对机电产品种类繁多难于对不合格产品进行质量追溯，设计了一类基于OPC的机电产品质量追溯系统。指出了产品质量追溯的复杂性与技术难点，讨论了OPC的技术规范、技术本质、数据交换原理与数据访问接口，研究了产品质量追溯系统框架，设计了一个基于OPC 的机电产品质量追溯系统。以监控软件系统互连为例，搭建系统验证了基于 OPC 的异构系统无缝集成可克服由于设备多样性与驱动程序不兼容性导致的信息孤岛难题。实践表明: 基于 OPC 的质量追溯系统具有广泛的应用前景。
关键词: 质量追溯; 信息孤岛; 异构系统; OPC; 系统集成
1介绍
随着经济和技术的快速发展，基于条码技术和RFID技术的产品质量追溯系统在各方面都取得了长足的进步[1-4]。可追溯性意味着跟踪和追查，其含义是通过线索（现象），如ID，对事件序列追踪，对事件进行分析，并从中找出事件的根本原因。产品的追溯从原材料到生产线到成品离线存储，覆盖范围非常广泛，涵盖了跟踪监控和实时数据采集等其他许多环节，它蛀牙处理如何整合大量异构软件系统的难题，尤其针对大规模工业自动化生产，因此，产品质量追溯系统的构建并不容易[5-8]。产品质量的可追溯性对帮助企业解决质量缺陷，区分责任，生产改进，追溯调查，库存管理，过程控制，质量管理和虚假证明等产品方面的分析具有重要意义，有助于产品质量，服务质量和企业形象的提升。从构建可追溯系统的角度，下面将简要讨论基于OPC的异构软件系统的集成。
2复杂性和技术难题
2. 1追溯系统的复杂性
可追溯性属于行为后控制，目的是通过事后的反馈，找出质量缺陷的问题在哪里。在条码，RFID等技术的帮助下，通过整合生产过程的关键数据，可以获得所有可追溯性的关键信息，但可追溯性非常复杂。可追溯性分为正向追溯和逆向追溯，其中正向追溯是指从上到下追溯到产品序列号的溯源性，追溯产品成分和与生产过程相关的信息。反向追溯意味着它可以追溯产品批次中使用的组件或原材料从上至下的一批组件或原材料产品的相关信息，目的是减少不合格产品的处理范围或召回。为了调查责任，可追溯性可以分为水平和纵向追溯。水平溯源性是指产品可追溯性部分与原材料构成的组成结构。纵向可追溯性主要集中在产品生产过程中，目的是追踪产品经过什么加工站，加工过程，操作人员的操作加工，操作时间经验，调试和返工过程等，并直接向质量控制服务部门。在产品质量控制方面，生产过程中需要进行各种数据采集，包括过程控制，进料检查，不合格产品控制，包括工艺控制，进料能力检查，不合格产品控制，作业顺序控制，操作质量报警，包装规格控制等。虽然上述内容非常复杂，属于控制范围内的事物，但数据对于产品质量可追溯性和避免生产过程中的质量缺陷具有特殊意义。
2. 2技术难题
可追溯系统建设的关键是如何克服数据交换的复杂性。它不仅处理底层控制网络中DCS，PLC，SCADA等控制系统的实时数据控制信息，而且还包含反映各种高层管理状态的非实时数据管理信息管理和辅助决策系统。由于器件多样性和驱动器不兼容性，每个子系统的结构和功能都不相同。通信协议不一定是统一的，数据格式有很大的差异，并且势必会产生大量的孤岛信息。因此，难以在前向和逆向溯源系统的各个子系统以及横向和纵向溯源系统之间进行系统集成，并且实现它们之间的数据信息交换。追溯体系的复杂性给追溯体系的构建和实施带来了很大困难。
3 OPC上的数据交换基础
3.1 OPC的技术规范和本质
为了跟踪系统的构建，有必要在应用软件和设备驱动之间建立联系。按照传统的方法，如果有n个设备和m个应用程序，那么它们之间的数据交换就需要ntimes;m路径，也就是说它必须开发ntimes;m个驱动程序。由于现场设备的多样性，它涉及范围广泛的不公开且互不相容的产品驱动因素，因此，链接驱动方法并不可取。针对数据源与客户端之间的数据交换，OPC（过程控制OLE）规范制定了系统硬件与应用软件之间的接口标准。它为现场设备和应用软件提供统一的数据接口标准，并且可以方便可追溯系统实现公开的无缝链接[9-10]。如图1所示，采用客户/服务器系统和OPC技术，只需要开发n m个可实现与OPC接口的驱动程序。 OPC具有以下技术特征。 1它可以借助DCOM技术实现远程通信。 2它提供了一个标准的访问界面。 3基于客户端/服务器结构，该过程对客户端和服务器是透明的，COM / DCOM支持底层通信。 4它可以实现高速可靠的数据通信。它的优点是可以独立设计，编辑和调试，具有维护和升级方便，开放性好等特点。
OPC的技术本质是首先根据分解协调的原则对应用函数进行分解，将其分为几个独立的模块，分别是组件对象模型和分布式组件对象模型，即组件对象模型COM（组件对象模型）和DCOM（分布式组件对象模型），并通过协调每个独立模块，共同完成应用软件任务的合作。 COM规范定义了组件之间的通信机制，它具有语言独立性，并且不依赖于任何特定的操作系统。 COM的每个子组件都具有自己独立的软件功能，并且在一定条件下，它们之间的连接可以实现相关的功能。 COM组件具有客户端和服务器，COM数据库为标准实现提供核心服务，客户端可以通过COM接口实现对服务器的访问。由于它基于客户/服务器模型，扩展能力强，稳定性好，因此可以提高代码重用性的互操作性和可重用性。在基于COM的情况下，DCOM是一种规范和服务。它可以实现分布式计算环境下不同进程间的通信与协作，DCOM的目标是使COM组件能够参与网络环境的透明网络协议。交互式实体是COM对象，只有通过接口，客户端才能获得COM对象的服务。
图1基于C / S结构的OPC数据交换接口
3.2 OPC的数据交换接口
有两种数据交换接口，即自定义接口和自动化接口。前者是一组COM接口的标准接口函数，有利于服务器端的开发。只要标准接口函数不改变，并且基于此接口，就可以增加扩展接口函数的函数数量。借助C / C 等开发程序，可以访问COM接口。后者实际上是对前者的进一步封装，它是由基于脚本的编程语言定义的标准接口。它屏蔽前一个接口的虚拟功能表，并将自定义COM接口转换为自动化的OLE接口。 OPC规范的两个访问接口中的每一个都有其自身的优点，前者功能强大，但开发人员必须精通COM技术。后者具有易于开发的优点，但受界面本身功能的限制。 OPC规范的服务器端开发规定，OPC服务器必须提供自定义接口，并且它有选择地提供自动化接口。它可以选择任何一个接口来开发和访问客户端程序。
OPC服务器的对象是一种分层结构，它包含服务器对象的所有信息。层与层之间的关系是服务器作为一个组容器，并且它提供了为OPC客户端创建和操作OPC组对象的功能。组是Item的容器，它提供了组织和管理的Item机制，并且它具有该组对象的所有信息。该项表示从OPC服务器到数据源的物理连接，客户端程序不能直接访问。它是一个特定的过程变量和一个读写数据的最小单元，只有通过设置对象访问，才能实现对数据Item的访问。数据结构包含三个变量：值，质量和时间戳。尽管OPC定义了COM接口，但是它规定了与服务器程序和客户的数据交互标准，但没有给出具体的OPC实现方法。接口可以分为可选和必需，后者包含使服务器和客户端程序之间进行数据交换的基本功能，对于前者，用户可以自行选择，并且只提供一些额外的高级功能。根据各自系统开发的硬件特点，OPC服务提供商可以实现其接口的成员功能。如果服务器程序实现了一个可选的接口函数，那么它可以通过客户端的查询来判断。
4追踪能力系统框架
4.1结构模块
可追溯系统采用模块化结构，系统由系统设置，文件维护，配置设置，标签打印，过程管理，查询统计等模块组成。各模块配置功能如下。
1系统设置。服务器设置模块用于设置数据库服务器的数据库名称和IP地址，用户管理用于用户添加，修改和删除操作用户以及设置各自的权限，数据备份可以使备份数据库通过自动或手动方式进行计时，并将数据恢复用于备份数据恢复。
2文件维护。库存文件用于设置库存名称，库存编号等相关信息，产品结构文件用于设置产品配置信息，生产订单文件用于编号设置产品信息的演变，采用流程文件对于装配过程中的相关信息，档案文件的移动用于设置班次，时间，人员等信息，工人信息档案用于设置工人的姓名，编号和联系方式等信息。
3配置设置。打印设置用于条形码打印机的属性设置，条形码格式设置用于设置条形码形成中各部分的数据内容。
4流程管理。过程管理用于系统中涉及的每个过程，并用于配置生产信息中的流程。处理材料的扫描用于扫描输入操作以进入处理材料。加工产品的标签印刷用于将标签印刷到每个生产过程的产品上。
5标签打印。标签模板编辑用于设置标签纸张尺寸以及标签内容中各部分的组成和布局。标签打印用于操作用户输入部件信息，批量信息，打印编号和启动打印标签。
6查询和统计。产品条码可追溯性用于查询成品，装配人员，时间表和其他每个过程中产生的详细信息。详细查询用于选择操作用户需要的一个或多个查询字段，并设置相应的字段值，以便查询所有会议查询条件的详细数据和统计数据，然后导出或打印。
4.2基于OPC的可追溯系统集成
可追溯系统的实现架构如图2所示，是一个典型的分布式制造网络应用架构（称为DNA-M）。 从图2可以看出，通过OPC可以实现控制领域内所有控制过程的监控数据，包括数据采集系统，PLC控制系统，工业控制网络，Windows CE设备等。 在其应用架构中，它们都可以直接连接到DNA-M，因此它们之间可以方便地交换数据。 在DNA-M系统中，OLE / COM和DCOM技术是OPC的基石，OLE / COM和DCOM完全支持分布式应用，因此在异构环境下实现应用系统无缝集成是关键。[11-12]
图2 OPC在DNA-M系统中的位置
基于OPC的应用程序的优点是可以使追溯系统设计变得更加灵活，系统开发人员可以有更多的软件和设备选择。 设备应用程序不需要重写驱动程序来修改或添加硬件特性，用户只需编写驱动程序接口程序，然后就可以连接不同的设备。 制造商只在OPC的Server中提供一套符合规格的程序集和驱动程序，用户可以很容易地进行程序开发。 在可追溯系统中，借助OPC通用接口，可以方便地与反映相关开发应用软件平台，人机界面软件人机界面，SCADA系统上位监控软件，运行状态 工业生产领域的系统设备等。 发射信号之间的关系如图3所示。
图3基于OPC的现场信号链路
位于控制设备和控制软件之间的可追溯系统中的OPC功能是为了建立应用软件程序通信之间的接口标准，统一数据信息的访问规范。 接口规范可用于不同应用程序之间的平台通信，也可用于单台计算机的内部通信，并且更多支持应用程序之间的网络分布式通信。 统一的OPC标准负责数据信息中的应用程序与现场设备之间的有效连接，基于OPC，可以实现业务决策，生产管理，流程等不同层次数据信息的有效无缝集成 监控和现场控制等，更有利于实现可追溯系统。
5结论
实现可追溯系统的关键是软件应用系统的无缝集成。 随着硬件更新周期越来越短，软件升级越来越快，工程实践表明，基于OPC接口标准和技术规范的硬件和软件产品可以实现它们之间的实时数据交换， 即插即用，因为设备具有互操作性。 因此，OPC技术在跟踪系统中具有广泛的应用前景。
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