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MES与PLC握手的几种方式

luck  发表于 2018/5/3 16:07:37      579 查看 30 回复  [上一主题]  [下一主题]

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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。


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。

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。

 

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。

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,PLCDATA_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。 

 

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,MESPLC下发工单,过程可参考下图:

具体握手过程为:

  1. PLCPLC_MSG写入请求数据,如工位,同时将REQUEST_SENT置位。

  2. MES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。

  3. PLC扫描RESPONSE_SENT,读取MES_MSG并写入本地数据块,然后将REQUEST_SENTPLC_MSG复位。

  4. MES将所有数据和控制位复位。

 

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。

 

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:

  1. PLCPLC_MSG写入请求数据,如工位。

  2. PLCREQUEST_SENT置位。

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

  4. MES生成工单数据,并写入MES_MSG

  5. MESRESPONSE_SENT置位。

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

  7. MES扫描RESPONSE_RECEIVED,将所有数据和控制位复位。

  8. 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。

 

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。

 

那么在一个完整的工位生产周期中,PLC需要和MES2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,PLCENGINE_ARRIVAL置位。

  2. PLC检查托盘、设备、物料,条件具备后将STATION_READY置位。

  3. MESSTATION_READY_RECEIVED置位。

  4. MES将工单数据写入MES_DATA

  5. MESMES_DATA_SENT置位。

  6. PLCMES_DATA写入本地数据块,并将MES_DATA_RECEIVED置位。

  7. MES复位IT侧所有数据和状态位。

  8. PLC开始本工位的装配作业,并将发动机序列号写入ENGINE_SN

  9. PLC装配完成后,PLCPLC_COMPLETE置位。

  10. MESPLC_COMPLETE_RECEIVED置位。

  11. MES执行过站逻辑,完成后将MES_COMPLETE置位。

  12. PLCMES_COMPLETE_RECEIVED置位。

  13. MES复位IT侧所有数据和状态位。

  14. 发动机准备离开,PLCENGINE_LEAVE置位。

  15. 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:

  1. 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。

  2. PLC状态对应于实际的生产执行情况,发生问题时容易追踪。

  3. 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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