发布:2011-09-02 | 作者: | 来源: liaozhihua | 查看:853次 | 用户关注：

1引言美国先进制造研究机构AMR(AdvancedManufacturingResearch)将MES(ManufacturingExecutionSystem，制造执行系统)定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，它为操作人员／管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。MES作为联结上层的计划管理系统与底层的工业控制系统的一个中间应用层，需要承担的重要工作之一就是在底层的工控系统和上层的

1 引言

美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将 MES (Manufacturing Execution System，制造执行系统)定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，它为操作人员／管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。

    MES作为联结上层的计划管理系统与底层的工业控制系统的一个中间应用层，需要承担的重要工作之一就是在底层的工控系统和上层的计划系统间加工与传递信息，进行系统间的纵向整合。例如对自动化设备作业的工序产量统计，通过获取工控设备提供作业信号，应用MES系统进行汇总加工，作为最终的详细产量数据传递给上层的计划管理系统，这是一个典型的信息传递过程。为了做到这一类的信息传递，系统间的接口是保证数据顺利传递的关键。

2 ISA95标准

由于没有通用的集成模型、造成用户交流困难、不同供应商集成困难、集成后维护困难，因此美国国家标准局(ANSI)和仪表、系统和自动化学会(ISA)联合发布了ISA-95标准，全称“企业与控制系统集成”标准，以下简称ISA95标准。

    ISA95标准是一个还处于发展中的参考模型。它基于四层制造企业层次结构，定义了连接企业和控制层行为的良好集成惯例。最初的重点是最上面两层(见图1)，即业务规划和物流层(第4层)和以及制造操作和控制层(第3层)。ISA95的目的是提供一致的功能描述术语、信息和操作模型、以及信息数据交换。目前它还没有给出明确的协议或实施方案。它由5部分组成，其中第1、2、5部分集中在第3层与第4层的接口，第3、4部分集中在制造操作。

3 B2MML规范

B2MML(Business To Manufacturing Markup Language，业务到制造标记语言)规范是ISA95标准内容的XML执行标准。它利用XML Schema对标准定义的资源、信息流进行具体描述，定义企业管控系统间需交换数据的内容和格式。利用这一规范可以对不同应用系统中的数据指定统一的意义明确的标签，使同一数据可以为有需求的不同系统重复利用，达到系统间信息共享的目的。B2MML由WBF(World Batch Forum)创建，基于XML创建了第3层与第4层之间的通信规范的一种实现方式，用于文本信息交换。B2MML使业务过程和制造过程实现无缝集成，保证成本最小化的互操作性。而XML的使用也促成了异构系统之间的数据交换。

4 基于Web Service的数据交换平台

    W3CWeb Services Architecture小组达成一致意见的Web Service的暂行定义如下：Web Service是由URI标识的应用程序，其接口和绑定可以通过XML构件进行定义、描述和发现，Web Service支持通过基于因特网的协议使用基于XML的消息与其他应用程序直接交互。Web Service是一种通过开放标准、Intemet以及基于业界标准的Intranet技术动态交互的软件组(应用程序和数据)，它可以将不同厂商、不同硬件、不同语言编写成的应用程序集成到一起。Web Service是下一代的WWW，它允许在Web站点上放置可编程的元素，能进行基于Web的分布式计算和处理。

本文提出利用Web Service建立统一的数据交换平台。数据交换平台是建立在物理网络之上实现各个应用之间数据传输的一种“软通道”，主要功能是实现各系统之间的数据传递，并在一定程度上实现业务数据整合。

    Web Service技术为企业解决多平台、多结构数据、跨地域的信息交换提供了一条解决途径。基于Web Service的企业数据交换是当前解决大型企业集团数据交换与共享的有效途径。在本文的应用中，Web Service可以将业务规划和物流层(第4层)的系统，如ERP、SCM等与制造操作和控制层(第3层)，如MES系统无缝地连接起来。

5 基于Web Service的数据交换平台设计

本文设计的数据交换平台如图2所示。图2中，下方是数据交换中心，配备Web服务器和数据库服务器。Web服务器上面部署Web Service。系统l和系统2是需要交换数据的系统，在本文中，可以是ERP、SCM、MES等任何需要交换数据的系统。数据交换过程如下：假设系统l要发送数据给系统2，则系统1将数据目的地设置成系统2，将数据发送到数据交换中心，数据交换中心将数据存储在数据库里面。然后系统2登录数据交换中心再接收数据。任何系统间的数据交换都按照这种过程。这种数据交换方式使各系统间的耦合程度最低，现有的系统只需增加Web Service的调用过程就可以进行数据交换，而不需要改动原来的系统。

MES工厂制造执行系统（生产管理系统）

下位机数据监控与采集实施方案

一、MES简介：

MES是处于制造企业计划层(ERP)与控制层(PCS)之间的执行层，是企业资源计划系统和设备控制系统之间的桥梁和纽带，是制造企业实现敏捷化和全局优化的关键系统。控制层（PCS），主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产(制程)的需求，实现生产现场的自动化控制。

二、MES

数据监控与采集状况分类：

MES下位机数据监控与采集控制，主要是监控控制层（PCS）每台自动化设备的运行状态、产量、故障等信息，并将采集到的数据上传至MES上位机生产管理系统中心，构成以MES为中心的生产物联网系统，实现工厂自动化生产。由于是采集控制层设备的运行数据，因此数据的采集和控制层的设备类型，设备新旧及自动化程度有着直接的关系。

根据工厂生产设备的差异，可以简单的将下位机数据监控与采集实施分为以下3种类型：

1、全自动化生产设备（能记录工作数据，可通讯）：安装PLC智能控制器或者工控电脑板，记录工作数据并提供内部运行数据可读接口（TCP/IP、MODBUS/RS232、PROFIBUS/RS485、CCLINK等）；设备有自身监控系统，时时记录设备开机时间、运行时间、运行状态、电机转速、电机电流、故障代码、产品加工型号、加工数量、合格品数量等工作信息。此时让客户提供这台机器的内部通讯地址表，以及每个地址位数值代表的意义，那么久很轻松的监控到这台设备的工作信息。

这个关键是看能否拿到设备生产厂家的开发资料，因为设备生产厂家有些会将内部通讯地址表给到他们的客户，以方便客户生产联网工作，但是有些设备生产厂家将其作为内部资料，不提供给他们的客户，因此需要看具体的设备，是否可以拿到内部数据通讯地址表。

解决方案：

A、读取PLC或者工控电脑板的IO口数据,但是会破坏设备本身的接线结构,影响设备保修等状况；

B、外扩通用数据采集控制板，等于是系统，对设备本身没有影响，还可以精确采集想要数据，给到MES上位机部分；

2、全自动化生产设备（不可通讯）和半自动化设备；

全自动化设备（不可通讯）：是指这个设备是可以完成全自动化工作，只是没有自身数据记录功能（如记录运行的状态、加工的数量、运行时间等参数），至多只有一个故障报警提示；

半自动化设备：只能完成自身的局部工作，没办法提供运行数据输出；

解决方案：

A、外扩通用数据采集控制板，等于是系统，对设备本身没有影响，可以精确采集MES上位机需要的数据；同时对半自动设备在通用数据采集控制板上增加控制功能，将半自动化设备升级为自动化，满足MES生产控制系统需求。

3、人工操作的手动设备；

人工操作的手动设备，要不根据生产的需求安装上控制器，实现设备的自动化；要不就购自动化新机，满足MES自动化生产需求；

解决方案：

A、用PLC智能控制器实现设备的自动，并将需要数据输出；

B、外扩通用数据采集控制板，同样在这个通用的控制板上增加功能，控制手动设备实现自动化操作，并精确采集这台设备的工作信息，供MES上位机系统控制；

总结：综合以上的3种类型，最终得出一种比较通用、方便、对客户设备影响较小的数据监控与采集方案（参照如下方案图）；

三、MES通用数据监控与采集控制板设计方案1、功能框架示意图：

A、数据监控与采集总框架：

备注：每台自动化设备都安装一块数据采集控制板，分别采集到需要的数据后，然后通过工业485总线方式统一提供给MES控制系统PC电脑上位机；PC机对生产工作数据的统计，生产状态的分析等。

B、数据监控与采集板内部功能框架：

2、数据监控与采集板输入输出功能描述（后续根据功能要求，任意连接外围传感器）：

输入：4-20mA模拟输入：2个；连接各类4-20mA检测传感器，如电机转速传感器；

AD模拟量检测输入：4个；可以用于检测设备工作状态，工作电流，工作温度，以及其它压力、扭力等等；

开关信号输入：红外光电开关，位移开关等等，用于检测加工数量，加工速度等等；电源处理模块（输入市电AC220V或者设备取电AC24V，经电源处理模块处理后单片机供电）；RS232通讯端口：用于扫描，打印机等外部设备通讯接口；

输出：

继电器：5个；用于外部控制输出（如外界报警器，或者联机开关信号输出），以及半自动化设备的升级控制；4-20mA输出：3个；用于设备升级控制板输出，如变频电机的转速控制/调速等; 

锅炉加热管：9000W/ 12000W*2=24000W （外置接触器控制）；LED工作指示灯：包含电源指示灯、485联机通讯指示灯、设备外围输出工作状态指示灯等；

3、数据传输通讯协议：

MES生产管理系统PC上位机部分提出需要每台自动化设备的哪些工作数据内容、数据精度、以及其他要求，（如电机的工作状态，电机转速，生产产量等等）；

PC上位机与数据采集下位机，双方确认好通讯协议，数据包格式等等；

下位机数据采集控制板负责设备数据的采集，将采集到的数据通过485总线发送给上位机，让MES上位机部分做生产数据分析、统计处理，整理生产报表等；

四、通用数据采集控制板的使用优势：

1、控制板通用性：在不影响设备原结构的基础上，可以方便快速的安装在自动化设备上，然后接上外围传感器，就可以监控和采集需要的数据，如此调试时间短；

2、数据采集控制板的所有接口都固定在一块板子上，采用机电插拔接口，安装容易接线，后续一旦由于某些方面原因损坏也容易更换，方便维修；

3、数据采集控制板相对价格低廉，通用性强，是市场后续发展的优势。

备注：以上是根据市场情况初步整理的实施方案，具体的需要根据实际的项目，结合实际的功能要求测试制作。下载本文