从去年年底以来陆续接触了有关自动化、信息化的一些知识,给我感触最深的便是编程的应用场景是广阔无边的,没有你做不到只有你想不到的,有人说程序员好比上帝,这句话一点不假,程序可以改变世界,而懂编程的人则可以创造世界。

什么是MES系统


MES系统全称 “Manufacturing Execution System”即制造执行系统,这里我援引百度百科的有关介绍,他是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块,为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。他与我们所接触的常规业务系统(例如CRM,OA,WMS)最大的区别便是数据来源完全不同,业务系统更关注的是业务,数据大多数由用户日常业务操作产生,即用户是数据的产生和操作方,而MES则不同,它除了日常的业务操作数据之外,更多的是经由自动化设备产生的大量实时数据,既然是自动化设备的数据那么就一定有数据采集,数据分析,数据建模,数据处理。所以无论从系统的技术涉及领域还是复杂程度上,他都有极高的研究价值,在接下来的博客中,老黄将从基本认识,通信原理,到技术实现,整体架构来和大家分享我对这个系统的理解和认识。

数据获取原理


在讲解数据获取原理的时候我要先说一下我所了解到的工业常见的通信协议和通信方式(后边我会专门出专题详细讲解工业通信协议的原理),首先我要讲的是串口通信,串口通信我们常见的为RS232以及RS485(老黄其实本科学的是电子信息工程、嵌入式更偏向硬件,自动化),在“蛮荒”时代(有线时代),上位机与下位机的通信方式都是通过串口进行有线连接,然后进行数据交互的,232与485的优劣我们大多数是从全双工、半双工以及二者的传输距离进行衡量对比的,详细的内容我会再后边专门出一个串口通信的专题,所有这些我们又称为COM通信,在这些通信中我们必须要知道这样几个重要参数:波特率,数据位,停止位,奇偶校验位。串口通信继续发展,PLC便有了光口也就是拥有了基于TCP/IP通信的功能(以太网),比如西门子S7系列,这样我们通过构建内部网络便可以让所有具备上网功能的PLC设备入网,但在大多数工厂中由于设备更新慢,有大量遗留的没有光口的老设备,他们只有基于串口通信的COM接口,这个时候就有了一种新的设备串口设备联网服务器,如下图,通过该设备可以将COM接口转换为以太网接入网络,该种类型的网络有以下工作模式RealCom以及TCP/IP模式,设备接入之后

,便有了固定的IP地址,我这里举一个数据采集的例子,比如山特UPS核心数据的获取,我们通过NPort5100A将UPS接入网络之后便可通过JAVA网络编程获取设备数据信息(不同的UPS型号对应的获取方式不同,有一种是类似Http握手的方式获取数据的,需要先发送指令)。

MES数据采集的核心----软网关


网关服务器这里指的就是对所有入网设备的一个抽象集成,我们知道在PLC领域有两大家“施家”和“西家”,他们各自都有自己的通信协议,在数据采集的实现过程中我们更希望的是有一种能够兼容所有终端通信协议的软件完成采集,并对外提供一种统一的协议实现数据的利用,完成这项使命的就是我要讲的软网关。比如KeepWare,KeepWare的基本原理就是他通过配置现场已经入网的PLC点位信息实现数据采集(兼容所有品牌的PLC),然后通过统一的OPC协议供外界访问实现配置的所有PLC设备的数据,简言之他就好比一个桥梁,下层兼容所有品牌不同通信协议的PLC设备,完成下层设备配置之后完成大统一,以OPC的方式供外界访问,OPC的话支持两种一种是OPCDA另外一种则是OPCUA。

完成底层设备的配置之后一方面可以通过OPC编程进行开发读取不同PLC的点位数据进行数据分析,数据建模处理,另外可以通过KeepWare中的DataLogger与SqlServer数据库进行配置实现数据的获取,当然利用WonderWare的InSQl实时数据库也可以完成设备数据的采集。对数据建模分析之后,便可以通过调用针对WEB应用对应关系型数据库的WebService接口来传输处理后的数据并对应用层数据进行CRUD,所以MES系统的核心驱动便是底层的数据以及基于该数据的数据建模、数据分析,逻辑判断的程序(一双无形的驱动MES运行的手)。

MES系统整体数据交互原理


MES系统的总体数据通信原理如下:首先是底层设备的数据获取,数据获取分两类一是PLC设备这类设备需要通过工业软网关KeepWare进行相应点位信息的配置,另外一类是仪表类设备,这类设备一般没有PLC,该类设备的数据获取是通过网络编程基于Socket套接字进行直接获取。完成了第一步之后,一方面可以通过OPC编程直接获取软网关对应PLC设备的数据,对于接入到实时数据库的数据一般这是通过ODBC编程进行实时数据的获取。完成数据获取之后便是数据建模,数据分析,逻辑判断,这些程序必须时刻保持运行,完成对现场设备数据实时的判断处理,处理完成之后通过调用WebService接口将处理的结果传递给Web应用层。Web应用层通过Ajax实时轮训的方式监听对应的数据库表格,根据最新的数据状态更新页面,实现Web实时数据展示。

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