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智能化以太網(wǎng)模塊優(yōu)化生產(chǎn)過程

http://bfqmb.cn 2010-02-22 16:48 來源:MM現(xiàn)代制造

  編者語:MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的任務就是對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。在實踐中,把生產(chǎn)現(xiàn)場檢測到的數(shù)據(jù)傳送到MES制造執(zhí)行系統(tǒng)卻是一項要求很高的任務:因為沒有這方面的標準。盡管如此,但也可以簡單而又經(jīng)濟地通過以太網(wǎng)的MSX輸入輸出模塊實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)向MES生產(chǎn)制造系統(tǒng)的傳輸。

  

由于在生產(chǎn)現(xiàn)場也可以看到IT技術的身影,因此就需要通過以太網(wǎng)把生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到企業(yè)的管理層次中,供企業(yè)管理者使用

   提高企業(yè)的效率,就必須最有效地去利用一切可用的信息。而實現(xiàn)這種利用的前提條件就是IT系統(tǒng)的兩個層面——計劃層面和執(zhí)行層面,即管理層面和生產(chǎn)層面能夠相互聯(lián)系、相互通信。于是,就誕生了企業(yè)資源管理系統(tǒng),即所謂的ERP系統(tǒng)。而ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)的任務中并不包含生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的管理,因此就出現(xiàn)了連接兩個不同層次系統(tǒng)的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。

  用于數(shù)據(jù)交換的標準化數(shù)據(jù)接口

  生產(chǎn)過程的接口以準確地掌控生產(chǎn)現(xiàn)場當前的數(shù)據(jù)為前提,同時也要求在MES制造執(zhí)行系統(tǒng)與ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)之間有標準化的連接接口,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個系統(tǒng)之間的共享。

  德國標準化委員會頒布的DIN EN 62264標準奠定了在ERP系統(tǒng)和MES系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換的前提。這一標準的目的是:不受企業(yè)自動化程度高低的影響實現(xiàn)和改進企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換。

  

連接MES制造執(zhí)行系統(tǒng)和ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)的以太網(wǎng)

  它帶給用戶的主要優(yōu)點是:

 ?。?)在引進新產(chǎn)品時節(jié)省時間;

 ?。?)更好的集成工具;

 ?。?)自動化投資費用較低;

 ?。?)更好的按照用戶要求進行設定的可能性;

 ?。?)優(yōu)化了物資的采購和物流。

  管理和互聯(lián)網(wǎng)通信的統(tǒng)一標準提供了控制層和傳感器、執(zhí)行器層次之間無限制的數(shù)據(jù)通信能力。另外,數(shù)據(jù)的可用性、通信和信息交流的質(zhì)量在企業(yè)的領域中都得到了提高,從而提供了舒適的生產(chǎn)監(jiān)控和遠程監(jiān)控的能力。

  為了在企業(yè)不同的各個層次中實現(xiàn)暢通無阻的通信,使用像以太網(wǎng)TCP/IT、網(wǎng)絡服務協(xié)議(XML格式)或者Modnus傳輸協(xié)議等標準化的通信接口是非常有意義的。

  在生產(chǎn)加工過程中,最經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議是以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。由于在IT系統(tǒng)中也能夠看到以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的身影,因此在企業(yè)層次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸中也常常使用這一傳輸協(xié)議(圖1)。另外,完成檢測和控制任務用的傳感器和其他硬件的連接采用了工業(yè)企業(yè)常見的插接連接和螺紋連接的連接模塊,這也大大擴展了其可用性。

  

智能化以太網(wǎng)輸入輸出模塊在IT層次(ERP)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)之間的連接

  準確的檢測點數(shù)據(jù)和同步的數(shù)據(jù)采集

  在要求檢測數(shù)據(jù)是準確到每一個檢測點的檢測數(shù)據(jù)且同步采集這些數(shù)據(jù)時,對以太網(wǎng)的應用就提出了很高的要求。例如,在汽車工業(yè)領域中發(fā)動機活塞運動和氣缸的檢測有大量這樣的數(shù)據(jù),在氣缸和活塞的生產(chǎn)加工中就有著不可忽視的微米級公差。

  檢測點附近的模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化

  解決同步采集的大量檢測點數(shù)據(jù)傳輸問題的方法利是采用了智能化以太網(wǎng)連接模塊的分散式配置方式。其中的重要一步就是盡可能的在檢測點處對模擬數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理,以便實現(xiàn)很高的精度,使這些數(shù)據(jù)具有時間標記。在數(shù)據(jù)采集點處完成上述處理之后,才把這些數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)傳送出去。這樣一來,傳送到上一級控制系統(tǒng)中與每一個發(fā)動機氣缸對應的檢測數(shù)據(jù)就不會遺失了。這樣,在控制系統(tǒng)中和這些數(shù)據(jù)的使用設備中,就可以隨時調(diào)用全部的檢測數(shù)據(jù),不受數(shù)據(jù)傳送時間和傳送先后順序的影響。

  例如,某微處理器生產(chǎn)廠希望降低芯片的分辨率,希望對其芯片的生產(chǎn)制造工藝流程進行優(yōu)化。因此,對生產(chǎn)設備不同地點的溫度、壓力等參數(shù)進行檢測并把檢測結(jié)果傳送到MES制造執(zhí)行系統(tǒng)中進行處理就顯得非常有必要了。檢測電子元器件應具有與數(shù)據(jù)接口兼容的能力,以便可以向任一MES制造執(zhí)行系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)。除此以外還因為安裝空間的原因檢測元器件應直接安裝在機床設備上,而不是在電氣控制柜中。大量不同信號數(shù)據(jù)的采集還應盡可能地同時進行,以保障檢測的可靠性。生產(chǎn)現(xiàn)場所用的以太網(wǎng)應用于檢測數(shù)據(jù)的傳輸。

  智能化的以太網(wǎng)模塊非常節(jié)約

  傳統(tǒng)的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)不能滿足這種功能擴展的要求。在滿足一定條件的情況下,智能化的以太網(wǎng)模塊是能夠滿足這一要求的;這些條件是:它自身具有一定的智能,是基于節(jié)約型的和高性能的生產(chǎn)過程的以太網(wǎng)系統(tǒng)。只有這樣的系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)模擬數(shù)據(jù)的現(xiàn)場數(shù)字化;才能夠任意地對數(shù)據(jù)進行預處理。這樣就可以以照時間為標記為每一個數(shù)據(jù)包做卷標,進行計算,進行內(nèi)插計算或者傳輸?shù)皆诰€RAM緩存中。最重要的是:這些傳輸?shù)組ES制造執(zhí)行系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)都是有意義的檢測數(shù)據(jù),不是原始數(shù)據(jù)。也就是說,智能化的以太網(wǎng)模塊應該具有對檢測到的溫度、壓力、長度等原始物理數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換的能力。這樣就可以方便地在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中識別和評判生產(chǎn)過程的變化了。

  

拓展模塊示意圖

  第二個重要的條件就是這種以太網(wǎng)模塊的工業(yè)適應性問題。為了提高檢測數(shù)據(jù)的質(zhì)量,應該直接在機床或者被測工件處采集檢測數(shù)據(jù)。這就要求以太網(wǎng)的輸入輸出模塊具有很強的抗振動性能、很高的抗干擾性能、非常堅固或者很好的抗噴射水的能力。因此,堅固的外殼、螺栓連接、使用大量過濾器、靜電隔離和IP 65的安全防護等級,成為安全采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)的前提條件。

  若電子數(shù)據(jù)采集設備要通過以太網(wǎng)進行連接,則必須滿足第三個條件:因為經(jīng)以太網(wǎng)采集到的數(shù)據(jù)要直接傳輸?shù)組ES制造執(zhí)行系統(tǒng)或者ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)(圖2)。由Addi-Data公司研發(fā)生產(chǎn)的MSX模塊是專門為直接在檢測現(xiàn)場使用而研發(fā)的模塊,滿足了上述各種要求。為實現(xiàn)這些應用,它可使用多種不同的信號:采集壓力、溫度和長度的數(shù)字輸入輸出、模擬輸入輸出以及大量的其他信號。它的設計適合于在惡劣的工作環(huán)境中使用,具有IP 65的安全防護等級,具有多種多樣的安全防護措施。為了避免支付專利使用費和升級強制,在MSX-E模塊中安裝了Embedded-Linux操作系統(tǒng)。嵌入的Embedded網(wǎng)絡服務器允許用戶方便地進行以太網(wǎng)模塊配置;使之具有多種多樣有意義的調(diào)用可能性,例如能夠連續(xù)地對存儲器中寄存的檢測數(shù)據(jù)進行更新,自動刷新模塊,能夠提供預先設置數(shù)據(jù)包的排序模塊。

  保障數(shù)據(jù)傳輸性能的以太網(wǎng)模塊

  這種以太網(wǎng)模塊配備的是ARM9微處理器。它為用戶提供了對所采集數(shù)據(jù)進行運算的能力、轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)的能力以及存儲數(shù)據(jù)的能力。最終,這一模塊能夠把檢測到的數(shù)據(jù)提供給MES制造執(zhí)行系統(tǒng)或者ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng),能夠?qū)z測到的數(shù)據(jù)進行有意義的分類篩選,或者在檢測數(shù)據(jù)更新之后把這些數(shù)據(jù)傳輸給上一級控制系統(tǒng)。檢測數(shù)據(jù)的傳輸由一個軟件程序來實現(xiàn),利用這一軟件程序,一方面用戶可以自己定義MES制造執(zhí)行系統(tǒng)所需的參數(shù)(通道、數(shù)據(jù)采集時間),另一方面,也允許用戶選擇不同的數(shù)據(jù)格式,例如選擇My-SQL、SQL-Server、Access和XML格式的數(shù)據(jù)。這樣,用戶就可以直接利用鼠標點擊來選擇和設置生產(chǎn)過程監(jiān)控參數(shù)。嵌入數(shù)據(jù)庫可以任意擴大,檢測數(shù)據(jù)也能以其他數(shù)據(jù)格式進行傳輸。

  如果采集到的信號有著不同的信號類型,所采集的信號數(shù)據(jù)量很大,則以太網(wǎng)信號、24V供電電壓信號、外部設備的24V硬件觸發(fā)信號都能從一個模塊傳輸?shù)搅硪粋€模塊。利用以太網(wǎng)開關,該模塊還能夠與任意一個以太網(wǎng)硬件相互通信。以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議還能夠結(jié)合SOAP簡單對象訪問協(xié)議構(gòu)成遠程計算機的標準訪問模式,允許簡單方便的使用.NET或者其他加工程序。

  若對硬件有特殊要求時,則以太網(wǎng)輸入輸出模塊能夠自動的與之相互匹配。利用其內(nèi)置的擴展模塊可以方便的在一個或者多個MSX-E模塊上運行用戶自己設計的應用程序。這又給用戶提供了自己調(diào)試軟件程序的可能性,或者委托專業(yè)公司研發(fā)設計專用程序的可能性。這一模塊所使用的軟件是利用Addi-Data直接編寫的。這樣,用戶就可以使用源代碼,或自己動手編寫專用程序了。這就使得用戶無需更多的專業(yè)合作伙伴來修改專用軟件。若把模塊的一些智能化功能和自己編寫的應用軟件結(jié)合在一起,就可使以太網(wǎng)模塊控制的檢測系統(tǒng)具有更多的自主應用功能,通過自動啟動調(diào)用存儲的應用程序,自動做到開機工作。

  沒有IPC也能正常工作

  利用IPC在生產(chǎn)現(xiàn)場直接處理檢測數(shù)據(jù)是有可能的,但不是必須的。MSX-E模塊可以實現(xiàn)一個細長型的檢測系統(tǒng):借助于其自有的智能化功能,在獨立工作時,即在使用IPC的情況下也能將有意義的檢測數(shù)據(jù)、而不是將檢測后未加處理的原始數(shù)據(jù)提供給MES生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)。在拓展模塊(圖3)的幫助下,能夠保障尺寸檢測的精度要求,減少了對工業(yè)計算機的依賴。

  

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