MES硫化监控系统解决方案

【导读】
监控系统通过MES服务器获取生产计划任务、返回任务完成情况,采用板卡或串口通讯方式与底层控制网络相连,从而提高了对生产制造过程快速跟踪和反馈能力,实现了企业信息管理、
制造执行系统(MES)是企业CIMS信息集成的纽带,针对ERP在制造业生产现场管理方面的不足,介绍了在MES体系下橡胶硫化工序监控系统的设计与实施。监控系统通过MES服务器获取生产计划任务、返回任务完成情况,采用板卡或串口通讯方式与底层控制网络相连,从而提高了对生产制造过程快速跟踪和反馈能力,实现了企业信息管理、生产制造、生产控制各层信息系统的衔接和数据集成,系统还提供了基于WEB的生产数据监视查询系统,有效提高了数据流效率和企业的信息化程度。

 
0引言
利用信息化手段改造传统橡胶流程是提高橡胶企业竞争能力的一种重要手段,以ERP为代表的管理信息系统近年来在国内橡胶企业开始了大规模的应用,但相当一部分运行状态不佳,原因是多方面的,而上层信息管理系统与底层控制之间脱节,无法对实时的生产活动实施有效的控制,也是信息化系统效率不高的主要原因。

MES(Manufacturing Execution System-制造执行系统)是在90年代发展起来的一类直接面向制造活动的工厂信息系统。MES接受生产任务,负责任务的执行和控制,对生产现场事件作出实时反应,起到了信息采集者、计划执行者、能力均衡者的作用。青岛某橡胶有限公司针对市场竞争的需求和企业的发展需要,引进并实施了珠海某软件有限公司的ERP系统,该ERP系统主要完成进料、合同受订、生产计划、仓库及销货等系统化管理,系统运行后有效提高了企业的资源利用率和生产效率。但该ERP系统对生产制造现场缺乏有效的管理,订单下达车间后还需手动在细分,需要专人对生产控制参数进行手动设置,生产结果需要安排专人手工录入,对品种多、量大的橡胶产品来说,耗时颇多而且容易出错,导致ERP系统无法对生产制造过程快速跟踪和反馈,进而影响系统决策。针对这一问题开发的橡胶制造过程的MES系统,有效的解决了这一问题,本文设计的硫化监控系统是MES系统中实现和底层控制系统实时交互的关键环节。


1系统设计
按照MES国际联合会对MES的定义:“MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时,MES能对此及时作出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理”。一般可将工厂的信息管理系统分成三层结构(如图1所示),从以上定义可看出MES的关键是强调整个生产过程的优化,它需要收集生产过程中大量的实时数据,对实时事件及时处理。同时与计划层和控制层保持双向通信能力,从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。
工厂信息管理系统三层结构图 
图1 工厂信息管理系统三层结构图
 
在MES系统内,MES服务器实现和ERP系统的数据交互,根据监控系统采集的与生产有关的实时数据完成厂级计划任务细化、优化,并接收、保存监控系统的实时生产数据和提供WEB数据查询服务;监控计算机的主要任务是定时从MES服务器获取生产任务单、自动分配生产任务、控制参数自动下达到控制器、临时参数调整、实时记录生产过程参数和结果、实时向MES服务器返回生产任务完成结果。

本文仅以橡胶硫化工序监控系统为例说明设计和实施过程,系统设计方案如图2所示。该公司硫化车间共有64台硫化机,硫化机控制系统共有三种类型的PLC,分别是美国Rock Well公司的SLC5/04、日本MITSUBSHI公司的FX2N、日本OMRON公司的C200HE/G,根据控制系统各自的特点和通讯协议的要求,分别组成各自的控制通讯网络。其中Rock Well公司的PLC带有专用的DH+网络接口,连成网络后,通过1784-KPTX数据采集卡连接到监控计算机,由其专用的通讯管理软件RS Linx进行通讯网络配置;日本MITSUBSHI公司的FX2N系列PLC可以通过安装FX2N-485ADP通讯模块接入RS485通讯网络,在计算机端通过FX-485PC-IF通讯模块转接后接入计算机串行通信口;日本OMRON公司的C200HE/G系列PLC可以通过安装CPM1-CIF11通讯模块接入RS485通讯网络,在计算机端通过FX-485PC-IF通讯模块转接后接入计算机串行通信口。由于通讯协议不同,这三组控制网络分别接入三台监控计算机。
图2 橡胶硫化监控系统设计方案 
图2 橡胶硫化监控系统设计方案

2系统实施
2.1开发工具选择
监控系统包括现场实时监控系统和基于WEB的生产数据监视查询系统两部分。为提高数据采集效率,现场实时监控系统采用Visial C++6.0开发底层数据通讯程序,生成专门的动态链接库,供其他开发程序调用;采用Delphi7.0开发现场实时监控系统用户界面程序,实现与MES服务器数据交互、与底层控制系统通讯、数据监视、存储、查询、统计等功能;系统数据库采用SQL Server2000;基于WEB的生产数据监视查询系统采用C#.Net开发,按照权限局域网用户可以方便的使用IE浏览器实时查看生产数据和统计曲线、报表。
 
2.2底层数据通讯程序的开发
利用VCMFC强大的底层操作功能,按照相关工控公司提供通讯协议标准,在Visial C++6.0环境下采用多线程技术专门开发了通讯动态库,实现在后台进行数据采集和数据计算。基于Windows消息机制与主线程建立通信通道,通过循环方式实时读取控制系统数据,处理后采用Sendmessage方法传递给主线程。另外对写入控制器的参数有比读取有更高的优先级,通讯程序算法流程如图3所示。
通讯程序算法流程图 
图3 通讯程序算法流程图

2.3 监控系统用户界面程序的开发
监控系统通过调用VC编写的通讯动态库实现和底层控制系统的通讯,可以读取和写入底层控制系统的各项生产参数;通过局域网和MES服务器实现数据交互,MES服务器完成对订单的细化,将生产任务拆分到班组、机台,产生生产制令单分别存储在本地服务器和返回给ERP系统(执行制令单管理、物料发放和领料)。

监控系统首先要实现生产任务的自动获取。监控系统在换班前设定时间自动到MES服务器获取当班各机台的生产任务(即生产制令单),并在换班时将制令单对应的生产参数通过板卡或串口自动下载到底层控制系统。图4为监控系统与MES服务器交互配置画面,在此画面内可以选择制令单的获取方式,可以在监控计算机上临时调整制令单并将结果返回给MES服务器,可以设置生产制令单执行情况返回MES服务器的时间间隔。
通讯程序算法流程图 
图4 通讯程序算法流程图
 
图5为一组硫化机群硫化监控系统主画面。该画面主要实现查看监控数据总貌,监视各硫化机、油泵的运行情况,以及对用户、制令单、产品规格、胶号、模具、员工、交接班、报警、曲线等方面的功能。系统实时记录生产参数并存入数据库,在快速查询中可以方便的查看各设备生产历史数据曲线,按设备、产品、人员、日期查看统计报表。
硫化监控系统主画面 
图5 硫化监控系统主画面

2.4 基于WEB的生产数据监视查询系统
随着Internet获得越来越广泛的应用,企业的分布式信息管理系统结构开始由Client/Server模式以Browser/Server模式转变。适应这个发展趋势,为方便企业的生产管理,在C#.net基于WEB的生产数据监视查询系统,该系统采用三层B/S结构,以通用浏览器为客户端软件,MES服务器作为业务逻辑服务器(WEB服务器),数据服务采用数据库管理系统。在该模式下,客户端不需安装专门的客户端软件,以浏览器作为统一的用户界面操作简便,系统开发和维护费用少,软件更新仅涉及到服务器端的软件更新。客户浏览器向WEB服务器发出请求后,业务功能由WEB服务器完成,数据处理由数据库管理系统完成。

按照设定的不同权限,用户可以通过Internet查询MES服务器里的各种实时和历史生产数据。图6为系统实时数据总貌的查询画面,图7为按查询条件得到的日生产统计表。
系统实时数据总貌的查询画面 
图6 系统实时数据总貌的查询画面
 
日生产统计表 
图7 日生产统计表

3 结语
MES是橡胶企业CIMS工程的一个重要组成部分,而作为信息上联下行的纽带的计算机监控系统是其中的重要一环,本文研究与开发的实时与网络监控系统已经成功投入使用,方便了生产管理,同时对提高产品质量、降低生产成本也有很好的作用。通过MES服务器的调度和衔接,使得底层控制系统和上层管理信息系统实现了及时数据交互,极大提高了整个生产管理体系的及时应变能力和控制能力,提高了企业的竞争力。



  • 2019-10-23 11:54
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