介紹MES與PLC集成時(shí)的幾種握手方式及特點(diǎn)

在汽車制造行業(yè)，MES與設(shè)備層有深入的集成，而PLC集成是最主流的形式。本文主要介紹MES與PLC集成時(shí)的幾種握手方式及特點(diǎn)。

方式1：定期抓取數(shù)據(jù)

某些設(shè)備的關(guān)鍵工藝參數(shù)(如變速器軸齒熱處理爐的溫度)非常重要，需要定期抓取以生成實(shí)時(shí)曲線，及用于長期追溯分析。

這些工藝參數(shù)通常都是模擬量，數(shù)值始終不停地變化。

通常我們可以通過OPC軟件讀取這些數(shù)據(jù)，經(jīng)過精度處理，然后定期寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。

這些數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是：讀取頻率高，數(shù)據(jù)變化小，因此存入數(shù)據(jù)庫時(shí)會(huì)存在大量重復(fù)的記錄，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)壓縮的功能，特別適合此類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

方式2：基于條件觸發(fā)

有許多工藝參數(shù)(如螺栓的擰緊值)的收集，主要是用于事后的質(zhì)量追溯分析的，通常我們會(huì)定義一個(gè)觸發(fā)信號(hào)通知MES讀取。

比如發(fā)動(dòng)機(jī)在某工位完成物理裝配作業(yè)后，PLC會(huì)把關(guān)鍵的工藝參數(shù)寫入數(shù)據(jù)交換區(qū)，然后給DATA_READY信號(hào)置位。

而MES會(huì)每隔1秒掃描監(jiān)聽DATA_READY信號(hào)，當(dāng)此信號(hào)處于高位時(shí)，則讀取數(shù)據(jù)交換區(qū)的質(zhì)量追溯數(shù)據(jù)。

可參考下圖：

具體握手過程為：

發(fā)動(dòng)機(jī)完成某個(gè)裝配步驟，PLC寫入?yún)?shù)1。

發(fā)動(dòng)機(jī)完成某個(gè)裝配步驟，PLC寫入?yún)?shù)2。

發(fā)動(dòng)機(jī)完成所有物理裝配作業(yè)，PLC將DATA_READY置位。MES讀取參數(shù)1、參數(shù)2。

發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備離開當(dāng)前工位，PLC將所有數(shù)據(jù)復(fù)位。

方式3：請(qǐng)求-響應(yīng)機(jī)制，1次握手

這種方式和IT系統(tǒng)的MQ/WEB SERVICE等消息處理機(jī)制非常類似。

如發(fā)動(dòng)機(jī)上線工位，MES給PLC下發(fā)工單，過程可參考下圖：

具體握手過程為：

PLC在PLC_MSG寫入請(qǐng)求數(shù)據(jù)，如工位，同時(shí)將REQUEST_SENT置位。

MES掃描到REQUEST_SENT，讀取PLC_MSG，然后生成工單數(shù)據(jù)，并寫入MES_MSG，同時(shí)將RESPONSE_SENT置位。

PLC掃描RESPONSE_SENT，讀取MES_MSG并寫入本地?cái)?shù)據(jù)塊，然后將REQUEST_SENT和PLC_MSG復(fù)位。

MES將所有數(shù)據(jù)和控制位復(fù)位。

我們可以看出，整個(gè)數(shù)據(jù)交換的過程只發(fā)生了1個(gè)來回，即1-2步，而3-4步是將消息銷毀的動(dòng)作。

這種方式還有一個(gè)特點(diǎn)，就是封裝性好，同樣一個(gè)接口，既可以下發(fā)工單，也可以上傳過站數(shù)據(jù)，區(qū)別在于PLC_MSG/MES_MSG里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容不一樣。

方式4：請(qǐng)求-響應(yīng)機(jī)制，2次握手

同樣是發(fā)動(dòng)機(jī)上線的例子，過程可參考下圖：

具體握手過程為：

PLC在PLC_MSG寫入請(qǐng)求數(shù)據(jù)，如工位。

PLC將REQUEST_SENT置位。

MES掃描到REQUEST_SENT，讀取PLC_MSG，然后發(fā)送REQUEST_RECEIVED。

MES生成工單數(shù)據(jù)，并寫入MES_MSG。

MES將RESPONSE_SENT置位。

PLC掃描RESPONSE_SENT，讀取MES_MSG并寫入本地?cái)?shù)據(jù)塊，然后將RESPONSE_RECEIVED置位。

MES掃描RESPONSE_RECEIVED，將所有數(shù)據(jù)和控制位復(fù)位。

PLC將本地?cái)?shù)據(jù)和控制位復(fù)位。

我們可以看出，整個(gè)過程相當(dāng)于進(jìn)行了2次握手，其中1-3步是第1次握手，用于接收請(qǐng)求；4-8步是第2次握手，用于下發(fā)數(shù)據(jù)。

我們可以看出，方式4比方式3繁瑣很多，但是這種方式在實(shí)際項(xiàng)目中用得還非常多。這是因?yàn)橥暾憫?yīng)時(shí)間可能多達(dá)數(shù)秒，而PLC的掃描周期只有幾十毫秒，中間多出的狀態(tài)位可以作為狀態(tài)指示緩解工人等待的焦慮，也可以作為斷點(diǎn)方便通信調(diào)試。

方式5：基于工位生產(chǎn)周期

在一些工位，會(huì)有多個(gè)關(guān)鍵的業(yè)務(wù)過程，比如發(fā)動(dòng)機(jī)上線工位先上線，然后裝配，最后發(fā)送過站記錄。

那么在一個(gè)完整的工位生產(chǎn)周期中，PLC需要和MES做2次數(shù)據(jù)交換，第1次下載工單，第2次上傳過站記錄，如下圖所示：

具體握手過程為：

發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)，PLC給ENGINE_ARRIVAL置位。

PLC檢查托盤、設(shè)備、物料，條件具備后將STATION_READY置位。

MES將STATION_READY_RECEIVED置位。

MES將工單數(shù)據(jù)寫入MES_DATA。

MES將MES_DATA_SENT置位。

PLC將MES_DATA寫入本地?cái)?shù)據(jù)塊，并將MES_DATA_RECEIVED置位。

MES復(fù)位IT側(cè)所有數(shù)據(jù)和狀態(tài)位。

PLC開始本工位的裝配作業(yè)，并將發(fā)動(dòng)機(jī)序列號(hào)寫入ENGINE_SN。

PLC裝配完成后，PLC將PLC_COMPLETE置位。

MES將PLC_COMPLETE_RECEIVED置位。

MES執(zhí)行過站邏輯，完成后將MES_COMPLETE置位。

PLC將MES_COMPLETE_RECEIVED置位。

MES復(fù)位IT側(cè)所有數(shù)據(jù)和狀態(tài)位。

發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備離開，PLC將ENGINE_LEAVE置位。

PLC復(fù)位所有數(shù)據(jù)和狀態(tài)位。

我們可以看到，此方式非常繁瑣，但是優(yōu)點(diǎn)是：

生產(chǎn)周期中的關(guān)鍵狀態(tài)都有體現(xiàn)，可以很方便地通過HMI進(jìn)行監(jiān)控。

PLC狀態(tài)對(duì)應(yīng)于實(shí)際的生產(chǎn)執(zhí)行情況，發(fā)生問題時(shí)容易追蹤。

程序出錯(cuò)時(shí)，可以很直觀地看到通信執(zhí)行到哪一步。

另外，我們還應(yīng)理解，下載工單和上傳過站記錄都只是完整生產(chǎn)周期的一部分，并且有內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，比如：在裝配的過程上發(fā)現(xiàn)缸體有問題，需要換一個(gè)缸體上線，此時(shí)由于MES還沒有接收到過站記錄，因此即使在第2次接收到STATION_READY信號(hào)時(shí)，MES下發(fā)的仍舊是同一個(gè)工單，這樣就可以有效避免工單和發(fā)動(dòng)機(jī)序列號(hào)的損失。