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Service 智能制造

MES与PLC的握手方式

日期: 2020-05-09
浏览次数: 15

在汽车制造行业,MES与设备层有深入的集成,而PLC集成是最主流的形式。本文主要介绍MES与PLC集成时的几种握手方式及特点。


01


方式1:定期抓取数据


某些设备的关键工艺参数(如变速器轴齿热处理炉的温度)非常重要,需要定期抓取以生成实时曲线,及用于长期追溯分析。


这些工艺参数通常都是模拟量,数值始终不停地变化。


通常我们可以通过OPC软件读取这些数据,经过精度处理,然后定期写入实时数据库中。


MES与PLC的握手方式


这些数据的特点是:读取频率高,数据变化小,因此存入数据库时会存在大量重复的记录,而实时数据库提供数据压缩的功能,特别适合此类数据的存储。


02


方式2:基于条件触发


有许多工艺参数(如螺栓的拧紧值)的收集,主要是用于事后的质量追溯分析的,通常我们会定义一个触发信号通知MES读取。


比如发动机在某工位完成物理装配作业后,PLC会把关键的工艺参数写入数据交换区,然后给DATA_READY信号置位。


而MES会每隔1秒扫描监听DATA_READY信号,当此信号处于高位时,则读取数据交换区的质量追溯数据。


可参考下图:


具体握手过程为:


①发动机完成某个装配步骤,PLC写入参数1。


②发动机完成某个装配步骤,PLC写入参数2。


③发动机完成所有物理装配作业,PLC将DATA_READY置位。MES读取参数1、参数2。


④发动机准备离开当前工位,PLC将所有数据复位。


03


方式3:请求-响应机制,1次握手


这种方式和IT系统的MQ/WEB SERVICE等消息处理机制非常类似。如发动机上线工位,MES给PLC下发工单,过程可参考下图:


具体握手过程为:


①PLC在PLC_MSG写入请求数据,如工位,同时将REQUEST_SENT置位。


②MES扫描到REQUEST_SENT,读取PLC_MSG,然后生成工单数据,并写入MES_MSG,同时将RESPONSE_SENT置位。


③PLC扫描RESPONSE_SENT,读取MES_MSG并写入本地数据块,然后将REQUEST_SENT和PLC_MSG复位。


④MES将所有数据和控制位复位。


MES与PLC的握手方式


我们可以看出,整个数据交换的过程只发生了1个来回,即1-2步,而3-4步是将消息销毁的动作。


这种方式还有一个特点,就是封装性好,同样一个接口,既可以下发工单,也可以上传过站数据,区别在于PLC_MSG/MES_MSG里存储的数据内容不一样。


04


方式4:请求-响应机制,2次握手


同样是发动机上线的例子,过程可参考下图:


具体握手过程为:


①PLC在PLC_MSG写入请求数据,如工位。


②PLC将REQUEST_SENT置位。


③MES扫描到REQUEST_SENT,读取PLC_MSG,然后发送REQUEST_RECEIVED。


④MES生成工单数据,并写入MES_MSG。


⑤MES将RESPONSE_SENT置位。


⑥PLC扫描RESPONSE_SENT,读取MES_MSG并写入本地数据块,然后将RESPONSE_RECEIVED置位。


⑦MES扫描RESPONSE_RECEIVED,将所有数据和控制位复位。


PLC将本地数据和控制位复位。


我们可以看出,整个过程相当于进行了2次握手,其中1-3步是第1次握手,用于接收请求;4-8步是第2次握手,用于下发数据。


我们可以看出,方式4比方式3繁琐很多,但是这种方式在实际项目中用得还非常多。


这是因为完整响应时间可能多达数秒,而PLC的扫描周期只有几十毫秒,中间多出的状态位可以作为状态指示缓解工人等待的焦虑,也可以作为断点方便通信调试。


05


方式5:基于工位生产周期


在一些工位,会有多个关键的业务过程,比如发动机上线工位先上线,然后装配,最后发送过站记录。


MES与PLC的握手方式


那么在一个完整的工位生产周期中,PLC需要和MES做2次数据交换,第1次下载工单,第2次上传过站记录,如下图所示:


具体握手过程为:


①发动机到达,PLC给ENGINE_ARRIVAL置位。


②PLC检查托盘、设备、物料,条件具备后将STATION_READY置位。


③MES将STATION_READY_RECEIVED置位。


④MES将工单数据写入MES_DATA。


⑤MES将MES_DATA_SENT置位。


⑥PLC将MES_DATA写入本地数据块,并将MES_DATA_RECEIVED置位。


⑦MES复位IT侧所有数据和状态位。


⑧PLC开始本工位的装配作业,并将发动机序列号写入ENGINE_SN。


⑨PLC装配完成后,PLC将PLC_COMPLETE置位。


⑩MES将PLC_COMPLETE_RECEIVED置位。


MES执行过站逻辑,完成后将MES_COMPLETE置位。


PLC将MES_COMPLETE_RECEIVED置位。


MES复位IT侧所有数据和状态位。


发动机准备离开,PLC将ENGINE_LEAVE置位。


PLC复位所有数据和状态位。


我们可以看到,此方式非常繁琐,但是优点是:


生产周期中的关键状态都有体现,可以很方便地通过HMI进行监控。


MES与PLC的握手方式


PLC状态对应于实际的生产执行情况,发生问题时容易追踪。


程序出错时,可以很直观地看到通信执行到哪一步。


另外,我们还应理解,下载工单和上传过站记录都只是完整生产周期的一部分,并且有内在的逻辑联系,比如:在装配的过程上发现缸体有问题,需要换一个缸体上线,


此时由于MES还没有接收到过站记录,因此即使在第2次接收到STATION_READY信号时,MES下发的仍旧是同一个工单,这样就可以有效避免工单和发动机序列号的损失。


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“感谢冠卓咨询老师对项目组的全程辅导,通过做项目我们学会了如何用系统科学的方法分析研究问题;开阔了我们的视野并让我们的管理人员明白了团队协作的重要性。”


———北京某公司总经理 苏先生


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