解決真空退火爐工藝參數(shù)與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸問題的措施

游忠瑛（新疆眾和股份有限公司　烏魯木齊　830013）

解決真空退火爐工藝參數(shù)與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸問題的措施

游忠瑛
（新疆眾和股份有限公司烏魯木齊830013）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和微型計算的廣泛應(yīng)用，工藝數(shù)據(jù)的采集和檢測已成為提高產(chǎn)品質(zhì)量，檢測設(shè)備狀態(tài)的重要手段。因此如何解決老設(shè)備的工藝參數(shù)與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸問題迫在眉睫。本文以鋁箔公司真空退火爐為例，利用現(xiàn)場已有的條件，以不改變，不影響設(shè)備原來狀態(tài)的原則，解決不同數(shù)據(jù)類型如何統(tǒng)一的問題。

mES系統(tǒng)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)采集RS485通信

1　引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、微型計算機(jī)的推動以及工業(yè)4.0推出，工藝數(shù)據(jù)的采集和檢測已成為提高產(chǎn)品質(zhì)量、檢測設(shè)備狀態(tài)的重要手段。企業(yè)對設(shè)備自動化水平要求不斷提高，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作，相對新設(shè)備而言，舊設(shè)備自動化改造出現(xiàn)各種各樣的問題。

鋁箔公司現(xiàn)有真空退火爐幾十臺，每臺退火爐的爐內(nèi)溫度、物料溫度、爐內(nèi)壓力、爐內(nèi)真空度、電流大小和設(shè)備狀態(tài)等工藝參數(shù)的采集、預(yù)測與分析是我公司需首要解決的問題。為解決此問題，將參數(shù)一并上傳至MES系統(tǒng)，實現(xiàn)參數(shù)自動化控制。但由于現(xiàn)有設(shè)備多樣化，不同功能儀表輸出的數(shù)據(jù)類型也不相同，有模擬量、數(shù)字量，還有沒有輸出功能的儀表，對設(shè)備的升級形成了不小的阻礙。

2　工程概況

2.1mES系統(tǒng)介紹

MES系統(tǒng)即制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)，是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。MES提供包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理等底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為企業(yè)打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺。

2.2現(xiàn)場情況介紹

真空退火爐是很常見的退火設(shè)備。每臺設(shè)備的的許多工藝（設(shè)備）參數(shù)都需要記錄，以保證產(chǎn)品的合格率。以往這些設(shè)備參數(shù)都由操作工定時記錄，難免遺漏或者缺失，造成整個生產(chǎn)過程不可追溯。如果將這些數(shù)據(jù)上傳至MES系統(tǒng)就可以避免數(shù)據(jù)的遺漏，錯誤等問題。同時提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、降低操作工勞動強(qiáng)度。

3　基本原理

需要上傳的工藝（設(shè)備）參數(shù)有電流、真空度、爐內(nèi)壓力、控溫溫度、物料溫度及設(shè)備狀態(tài)。每臺真空退火爐的儀表輸出的類型也不相同，甚至也有沒輸出功能的儀表。每個參數(shù)對應(yīng)的儀表輸出有3路電流（輸出0～20mA），1路真空度（接口RS232），1路爐內(nèi)壓力（輸出4～20mA），4路控溫溫度（輸出0～5 V），4路物料溫度（無輸出）。

為了方便采集這些數(shù)據(jù)，本文采用以工業(yè)微型計算機(jī)為數(shù)據(jù)處理中心，RS485總線通信方式獲取個儀表數(shù)據(jù)，工業(yè)微型計算機(jī)在通過TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)組ES系統(tǒng)。系統(tǒng)總方案的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　系統(tǒng)總方案結(jié)構(gòu)圖

4　解決方案

4.1基于RS485的Modbus通信設(shè)計

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議可以使不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

在Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時，協(xié)議規(guī)定每個控制器需分配唯一的通信地址。通過該協(xié)議主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。Modbus協(xié)議通信協(xié)議格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯誤檢測域。

4.2模擬量轉(zhuǎn)RS485設(shè)計

爐內(nèi)壓力和電流為電流型模擬量，控溫溫度為電壓型模擬量。DAM-3059模塊只能采集電流型模擬量或者電壓行模擬量，通過在控溫表輸出串入250Ω精密電阻，使其型號轉(zhuǎn)化為0～20mA電流型模擬量。DAM-3059結(jié)構(gòu)框見圖2。

圖2　DAM-3059結(jié)構(gòu)框圖

4.3物料溫度及開關(guān)量輸入設(shè)計

測量爐內(nèi)物料溫度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要檢測手段。本文采用DAM3037采集模塊，最多可以8路溫度數(shù)據(jù)，同時支持多種熱電偶類型。采用DAM3029D采集模塊采集開關(guān)量信號。滿足退火爐物料溫度和開關(guān)量信號采集功能，同時具備RS485通信功能。

5　工業(yè)組態(tài)設(shè)計

Visual Basic是一種由微軟公司開發(fā)的結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面向?qū)ο蟮?、包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動為機(jī)制的可視化程序設(shè)計語言。它源自于BASIC編程語言。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫，輕松的創(chuàng)建Active X控件。也可以輕松的使用VB提供的組件快速建立一個應(yīng)用程序。

5.1數(shù)據(jù)采集接口程序設(shè)計

本程序使用MSComm控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能。MSComm控件在串口編程時非常方便，程序員不必花時間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)。使用該控件通過電腦的RS232口采集工藝（設(shè)備）數(shù)據(jù)。通信串口主要程序如下：

5.2采集系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的通信接口設(shè)計

本程序與MES系統(tǒng)通信采用的是TCP/IP協(xié)議。VB中Winscok控件可以實現(xiàn)工業(yè)微型計算機(jī)和MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。其數(shù)據(jù)發(fā)送和接收格式見圖3。

6　結(jié)論

通過系統(tǒng)的改造實現(xiàn)了現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)自動記錄，自動分析的功能。降低了操作工工作強(qiáng)度，穩(wěn)定詳細(xì)的記錄了整個生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，同時生成相應(yīng)的工藝曲線?？梢院芎玫呐c理論進(jìn)行對比，提高了研發(fā)進(jìn)度，降低了產(chǎn)品不合格率，為公司間接創(chuàng)造了較大的利益。

［1］MES系統(tǒng)手冊.

［2］Visual Basic6.0中文版程序員指南，北京希望電腦公司出品，1998.9.

［3］孫云霄，陳穎.RS485總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用，工礦自動化，2006.4.

［4］王苒，湯冬誼.基于RS485主從通信協(xié)議的實現(xiàn)，現(xiàn)代電子技術(shù)，2003.24.

收稿：2016-07-01

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.06.040