轮胎企业制造执行系统中的数据采集技术

作者：肖良芬 马铁军 李俊

欢迎访问e展厅 展厅 3 CIO信息化管理展厅 电子商务/企业门户, IT运维管理, 制造执行系统MES, 流程管理BPR/BPM, SOA/SaaS/云计算, ... 目前大中型轮胎企业已开始使用生产过程计算机控制系统（PCS），有条件的还使用了企业资源计划（ERP）系统。随着市场竞争的加剧，ERP受市场影响越来越大，计划的适应性问题日渐显露，与PCS之间的矛盾也日益突出。制造执行系统（MES）是建立在介于资源计划系统与控制系统之间面向车间层的管理信息系统，可为操作人员、管理人员提供生产计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料和产品）的实时信息，为管理层和计划层提供物质和信息基础，是连接过程控制和上层管理系统之间的纽带。因此，构建高效的MES成为近年来轮胎企业信息化系统建设的重要任务。 数据采集是实现MES的重要环节，包括收集和处理生产计划数据和生产过程中产生的大量实时数据，为应用系统提供制定计划和决策的依据，为下层系统提供控制指令和各种参数。数据采集成为影响MES性能的直接因素。本文以轮胎厂炼胶车间为例，对构建MES的数据采集技术做简单介绍。 1 系统架构 某轮胎厂炼胶车间已经实现生产过程计算机控制，其设备大量使用Profibus和CC-Link现场总线及工业以太网技术，部分设备具备串行通讯能力（RS-485或RS-232），也有部分设备不具备通讯功能。在保证系统性能的基础上，为尽可能降低信息化建设成本，MES将充分利用已有的网络技术构建数据采集和控制系统。采用工控计算机（PC）的上位机位于中央控制室，通过以太网（TCP/IP协议）与数据库服务器或其它同级计算机通讯。上位机通过现场总线或串行通讯与现场采集单元和控制单元连接，采集的数据生成生产数据记录，据此进行绩效信息的台账累计，以满足管理需要。 MES硬件结构如图1所示。应用支持层采用Delphi结合SQL Server开发。工控计算机通过采集系统采集现场实时数据，进行数据预处理，并进行采集系统的故障诊断和预警，再将数据提交给远程数据库服务器，供分析和查询。为保证系统的稳定性，基于Profibus总线和CC-Link的采集系统采用双机冗余，在其中一台计算机发生故障时，可以保证生产的正常进行。 2 数据采集系统可靠性保证 轮胎企业生产现场环境复杂，各种干扰较多，为保证采集数据的质量和可靠性，必须采取适当的抗干扰措施，并对采集的数据进行故障诊断。主要措施如下： （1）信号传输采用屏蔽良好的双绞线，并将屏蔽层良好接地；电压弱信号无法直接进行远距离传输，需通过变送成为4～20 mA的电流信号后再通过带屏蔽的双绞线送入模拟量采集模块供上位机读取。 （2）由于轮胎厂内有较多的大功率设备，设备启停对计算机数据采集系统干扰较大，因此除采集设备和信号线应尽量远离干扰源外，为减少信号杂波串扰和保护通道开关，凡不需采集的数据信号应就近与模拟地线短接。 （3）在数据采集软件中对采样数据进行惯性数字滤波，滤波设备主要采用一阶低通RC滤波器，同时软件采用多线程技术编制，以保证数据的完整性和连续性。 （4）数据采集软件采用具有冗余和差错检测控制功能的专用通讯协议，以确保采集数据的可靠性。 （5）根据采集到的设备状态参数等数据以及专用通讯协议中的部分冗余代码，MES可对数据采集系统和设备状态进行诊断监控，当出现或将要出现故障时发出预警信号并采取适当的措施。对比较关键的主要数据采集计算机采用双机冗余。 3 软件 3.1 基本流程 对采集到的数据进行分析后，将数据解包分给对应的机台，转换成实际的电流、转速和对应的故障信息等进行显示，并将数据提交给远程数据库服务器保存。 3.2 软件实现 由于采集设备支持的编程方式各不相同，因此需根据各自的特点和资源分为以下3种情况编写数据采集模块。 （1）基于普通串行通讯的数据采集 串行通讯设备是进行MES改造过程中最复杂的一部分，且通讯协议也各不相同。如部分模拟量和数字量采用研祥工控集团的ARK-14050和ARK-14017模块采集，通过调用模块提供的DLL动态连接库可采集现场实时数据。对于没有提供DLL接口函数的串行通讯，只能通过单独编写串行通讯控件实现，串行通讯控件需完成初始化、数据帧构造、差错检验以及数据收发等过程。 （2）基于现场总线的数据采集 工业现场总线一般采用专用通讯协议，支持相应总线的设备厂商一般均提供相应的DLL动态连接库，上位机通过硬件适配器，利用基于专用通讯协议的接口函数进行数据采集。 （3）数据预处理和故障诊断 采集到现场单元的设备运行状态参数和工艺参数后，还需对数据进行预处理和对数据采集系统进行故障诊断。数据的预处理主要包括数据解包、软件滤波和数据转换等过程；数据采集系统的故障诊断主要通过对数据采集设备和通讯设备的状态参数分析、通讯数据帧中冗余码分析以及利用时间片等方法实现。 以轮胎厂的炼胶分厂为例，MES界面如图3所示。用户通过该系统可以监视各设备当前运行状态信息值、设备重要参数变化趋势和实时报警信号等，而管理层可通过数据库服务器获得相应的实时数据。同时，在调度室放置的大型液晶显示屏和工控机采用动态显示方式显示运行状况，并对运行不正常的设备进行提示。 4 结 语 目前，国内轮胎企业的MES建设刚刚起步，本文介绍的在PCS基础上的MES信息化建设技术，也可为其它企业提供参考。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/8/2008)