智能以太网系统让过程优化更简单

lihuolin958

        MES(制造执行系统)的作用是优化产品的生产过程.为了达到优化生产过程的目的,就需要经常对来自生产层的测量数据进行实时收集分析.

图1  智能以太网I/O系统MSX-Exxxx直接在测量点上获取数据，原始数据转换成物理数据，并在IT层面上通过公司的网络传送至MES系统

        MES（制造执行系统）的作用是优化产品的生产过程。为了达到优化生产过程的目的，就需要经常对来自生产层的测量数据进行实时收集分析。快速的数据分析，使人们能够及时对生产过程进行控制。至少在理论实践中，由于缺少一定的标准，人们面对着将生产层面的测量数据转送到MES程序的挑战。但是，正如接下来的文章描述的那样，通过ADDI-DAtA公司提供的以太网与MSX-E系统，便可以进行简单高效的数据连接。
为了提高生产效率，公司掌握到的所有数据都必须得到最佳利用。然而达到这个目的的先决条件就是，不同层面的IT系统-计划管理层和生产执行层能够彼此互相沟通。为了达到这一目标，公司应通过企业规划系统（ERP）实现自身资源规划。由于生产层面和ERP层面最初支持完全不同的任务，所以高效的制造执行系统（MES）就需要来自两个层面的绑定信息。通过对生产过程进行监测，可以使所有的系统都能得到所需数据，而监测需要依靠对当前数据的永久访问以及MES和ERP系统间的标准化接口来实现。
各种规范与协议可简化规划控制
DINEN62264系列标准是ERP层和MES层的基础，并为其提供高效通信。此标准的目的在于确保公司内部信息交换，并进一步提高公司的独立自动化水平。
对于用户来说，其显著优势有：
更快推出新产品；
整合先进工具；
降低自动化成本；
更好描述用户需求；
优化采购与物流。
       生产管理和互联网通信的共同标准也确保了数据流在管理层和传感器/执行层之间交换。另外，从便捷监控到远程维护等信息质量方面，对数据可用性、通信和公司所有其他领域进行了改进。
基于以太网的高效连接
       使用标准的界面对于各层次之间的无障碍交流是非常有效的，例如标准的以太网TCP/IP、WEB服务（XML格式）或MODBUS协议。以太网的数据传输协议正越来越多的应用于工业生产，同时也应用于IT层，以太网显然可用来传输生产数据到公司层面。另外，具有广泛应用性并包含着业界标准的插件/螺纹式接口系统可连接用于测量与控制的传感器与其他硬件设备，并最终连接至以太网。
        智能以太网可以用于何处？为什么智能以太网会有如此作用？人们在自动化中，特别是当需要大量精确同步的测量值时，利用以太网面对特别挑战。这里提供一个自动化工业中的例子：通过大量传感器去测量发动机的活塞与气缸。当生产活塞与气缸时，常常发生微米级细微但重要的公差。要解决这类测量技术应用的问题，就要通过智能以太网实现系统连接本土化。其中重要的一步是使模拟信号数字化，并使测量数据达到更高的精度。添加一个时间戳记，之后通过以太网传输。因此当传输的数据送到总控制器时，气缸间达到协调的测量数据将不再会丢失。在控制或者分析阶段，无论传输的时间与顺序，完整的测量序列可以得到唯一确定的传输。

    图2  如果测量值直接通过电子测量设备传送到MES或ERP系统中，它可以及时、有针对性地调整生产流程

       举一个例子：芯片生产商也想降低生产消耗，优化生产流程。为了达到这个目标，他就有必要得到诸如生产厂中不同位置的温度与压力的测量数据，并将这些数据传输给MES系统。电子测量装置应当具有多用途数据接口，并且通过该接口将测量数据传输给任何一个MES系统。此外由于空间的制约，这些电子测量装置必须与机器本身融为一体而不能在开关柜内。为了保证测量数据的准确性，设备将同时采集多种不同的信号。现有用于生产的以太网电缆用于数据传输。
节约成本，切实可行并且面向未来
       传统被动式的以太网连接不能解决如此大规模的要求。然而恰恰相反，在满足几个条件后，智能以太网系统就能满足这些要求。
        首先，必须拥有一个基于经济并且高性能的处理器使其本身实现智能化。这使得其能够将测量数据就地进行数字化，并且在任何地方都可以对其进行预处理。通过这种方式，数据能够被封装成帧并且配备一个时间戳记，获得这些数据的平均值，能够插补或者简单缓存在板上RAM中。重要的是MES不记录原始数据，但可从大量的数据里过滤出有用的测量数据。换言之，智能以太网I/O系统可以独立地将原始测量值转换成物理变量，例如温度、压力和长度。因此，用一个过程便可以轻松识别并评估变化。
        第二个重要条件是以太网系统适合工业用途：为了改进测量数据质量，这些数据必须直接从机器或测试项目中获得。这要求以太网I/O系统能够防振、抗干扰信号、防尘并防水。因此，这就要求具有一个坚固的金属外壳、无缝连接以及相应的保护装置，如滤波器、光电隔离和IP 65的防护等级，来满足可靠的生产数据的采集要求。
如果电子测量设备是通过以太网访问，要满足第三个条件：所采集的数据能够以直接且最短路径的到达MES或者ERP系统。
高效的模块化测量技术
       ADDI-DAtA公司的MSX-E系统是为了直接在测量点应用和满足指定需求而开发的。它们为各种信号类型的应用而设计：数字I/O、获得压力的模拟I/O、温度或长度以及计数器信号。专为在苛刻的工业环境下使用而开发，由此对应IP 65的防护等级。另外，它们也配备了许多其他的保护措施。为了节省许可费用和避免强制升级，MSX-E配备了嵌入式Linux操作系统。一个嵌入式Web服务器的措施使以太网系统配置得以简化，拥有多种有用的数据提取选项，如自动刷新模式，即通过现有的测量值不断更新内存，或用来提供预定义数据包序列模式。
       以太网系统拥有一个ARM9处理器，该处理器能够计算已经得到的数值，将数值转换成为物理值并且储存。该系统能够将测量数据平稳地传输到MES或者ERP系统，选择有用的数据，或者在测量数据变化的时候立刻通知高层系统。要传送到MES系统的测量数据（通道，采集时间等）由用户定义参数的程序传送，并且提供不同的数据格式，如MySQL，SQL Server，Access，XML等一系列数据库。
        优势很明显：用户仅仅需要轻点鼠标便可以选择他在过程监控中所需要的参数。执行数据库的列表可以进一步加工，这样可以传送其他格式的测量数据。如果使用几个不同的系统，例如，由于需要采集不同类型的或者大量的信号，因此需要以太网，24V的电压和从一个系统到另一个系统的外部硬件触发信号。该系统还可以通过以太网交换机与任何以太网硬件交互。以太网和TCP/IP与简单对象访问协议（SOAP）的结合，使得访问远程计算机标准化并且简便了.NEt或处理程序的使用。
自给自足，个性定制
      如果对硬件有特殊要求，ADDI-DAtA公司的MSX-E系统可以按要求做出相应的调整。通过集成发展模式，自行开发的应用程序可以轻松的在一个或各个MSX-E跨越多个站点的系统上实现。对于这一点，使用户自行或委托制造商编写软件成为可能。ADDI-DAtA 的软件开发工程师Catherine Guinot说：“我们为自己写了软件，拥有源代码，因此我们也能根据具体客户做出适应化修改。这样做的好处是，客户不需要过多的合作伙伴就可以进行软件修改。”
       如果本身的智能可以和自我编写的应用程序相结合，便可以证明以太网系统是一个自给自足的测量系统，可以通过应用自动启动功能自行开始并且独立执行保存过的应用程序。



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