針對中國離散製造企業中車間數字設備的應用現狀和特點


，分析了生產現場數字設備智能集中控製的功能需求，提出了一種開放式、模塊化、分布式的智能控製係統的拓撲結構
，給出了將工業以太網直接應用於車間數字設備智能控製的設計方案。

　
　　1 製造企業網絡信息集成係統的現狀

　　weileyingduizhizaoyeriyijiliedequanqiuhuajingzheng，lisanzhizaoqiyebixudalikaizhanqiyeneibukongzhiwangluohuajianshe
，jiaqiangduishengchanxitongdekongzhiheguanli。chejianshizhizaoqiyewangluoxinxijichengxitongdejichu
，chengdanzheruhezaixianyouchejianshuzishebeiziyuandejichushang，liyongwangluojishushixianchejianziyuandedongtaizhongzu
、集成以及傳遞各種管理信息和生產控製信息的實時傳遞，是促進企業信息化、提高企業生產力的重要環節。

　　由於發展速度不同，生產條件不一樣，目前車間自動化控製係統的形式主要有基於串口通信的計算機集中控製、分布式控製係統（DistributedControlSystem，DCS）和現場總線（Fieldbus）是(shi)目(mu)前(qian)車(che)間(jian)底(di)層(ceng)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)常(chang)用(yong)的(de)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)，為(wei)車(che)間(jian)底(di)層(ceng)設(she)備(bei)信(xin)息(xi)及(ji)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)信(xin)息(xi)集(ji)成(cheng)提(ti)供(gong)了(le)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)平(ping)台(tai)。由(you)於(yu)不(bu)同(tong)行(xing)業(ye)應(ying)用(yong)派(pai)生(sheng)出(chu)不(bu)同(tong)的(de)總(zong)線(xian)係(xi)統(tong)
，加(jia)之(zhi)經(jing)濟(ji)利(li)益(yi)的(de)衝(chong)突(tu)
，各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)標(biao)準(zhun)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)不(bu)兼(jian)容(rong)嚴(yan)重(zhong)束(shu)縛(fu)了(le)不(bu)同(tong)廠(chang)商(shang)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)互(hu)連(lian)，使(shi)得(de)多(duo)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)應(ying)用(yong)推(tui)廣(guang)受(shou)到(dao)限(xian)製(zhi)。傳(chuan)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)從(cong)網(wang)絡(luo)到(dao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)底(di)板(ban)設(she)計(ji)均(jun)為(wei)主(zhu)從(cong)方(fang)式(shi)，且(qie)不(bu)同(tong)層(ceng)次(ci)的(de)應(ying)用(yong)層(ceng)協(xie)議(yi)也(ye)不(bu)同(tong)

，使(shi)得(de)跨(kua)越(yue)不(bu)同(tong)層(ceng)次(ci)的(de)訪(fang)問(wen)會(hui)有(you)一(yi)定(ding)的(de)困(kun)難(nan)。

　　企業範圍的遠程監控與數據獲取（SupervisorControlandDataAcquisition，SCADA）和he工gong廠chang現xian場chang的de電dian子zi操cao作zuo員yuan界jie麵mian也ye存cun在zai著zhe開kai發fa軟ruan件jian不bu統tong一yi以yi及ji上shang位wei和he下xia位wei數shu據ju庫ku不bu統tong一yi的de問wen題ti。因yin此ci，車che間jian底di層ceng設she備bei控kong製zhi已yi成cheng為wei企qi業ye信xin息xi化hua和he工gong廠chang自zi動dong化hua發fa展zhan的de瓶ping頸jing。針zhen對dui這zhe種zhong情qing況kuang
，西xi門men子zi公gong司si采cai用yong基ji於yu組zu件jian技ji術shu的dePROFINET自動化總線標準，實現分布式現場設備通過PROFINET與工業以太網的透明鏈接
；美國 DigiIntemational公司采用設備服務器技術
，實現具有串行端口的工業設備與工業以太網的鏈接。國內浙江大學、浙大中控、中科院沈陽自動化研究所
、清華大學、大連理工大學、重慶郵電學院等單位
，在國家863計劃支持下，研究了以太網技術應用於工業測量與控製現場設備間通信的關鍵技術，並起草了 EPA（EthernetforP1antAutomation）國家標準1；上海大學的費敏銳教授等研製了“支持工業以太網與多協議轉換技術的新型測控平台”。這些研究主要是針對流程工業。

　　本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)研(yan)究(jiu)離(li)散(san)型(xing)製(zhi)造(zao)企(qi)業(ye)中(zhong)車(che)間(jian)數(shu)字(zi)設(she)備(bei)間(jian)的(de)關(guan)聯(lian)信(xin)息(xi)

，分(fen)析(xi)其(qi)分(fen)布(bu)式(shi)智(zhi)能(neng)集(ji)中(zhong)控(kong)製(zhi)的(de)功(gong)能(neng)需(xu)求(qiu)，提(ti)出(chu)利(li)用(yong)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)技(ji)術(shu)，采(cai)用(yong)統(tong)一(yi)的(de)網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)，構(gou)建(jian)車(che)間(jian)數(shu)字(zi)設(she)備(bei)智(zhi)能(neng)集(ji)中(zhong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。

　　2 工業以太網

　　工業以太網是將以太網作為現場設備的控製網絡平台，它不僅在辦公自動化領域而且在工業自動化場合得到了廣泛應用，許多如控製器

、PLC、智能儀表、執行器以及DCSxitongyijingdaiyouyitaiwangjiekou，zhexiedoubiaozhizhegongyeyitaiwangyijingchengweizhenzhengkaifanghuliandegongyewangluodefazhanfangxiang。gongyeyitaiwangzaichuantongyitaiwangjishudejichushang，tongguocaiyongshuanggongtongxin、交換機、xinxiyouxianjidengjishu，shiyoushishiyaoqiuzhandiandetongxintongguojiaohuanjishixiantoumingdezhuanfa
，bucunzaixindaogongxiangyinqidejingzhengwenti
，haikeyifangbiandishixianyouxianjipaiduijizhi
，shijinjixinxidechuansongdadaozuikuai。caiyongyitaiwangjixianqikeshishishishujudeyanchishijiankongzhizai200ms範圍之內，並在以太網的協議中加入實時功能，采用高速背板交換或微處理器交換
，響應時間是確定的，足以滿足2005／V大多數場合的實時控製要求。工業以太網成本低，速度高達1Gb／s。因此
，工業以太網將在車間現場設備控製中發揮重要作用

，對車間數字設備的網絡化控製模式產生很大的影響。

　　3 數字設備智能控製係統及其功能設計

　　車間數字設備是指在離散型製造企業中使用具有數字控製功能的裝備或儀器
，如數控機床、三坐標測量儀、可編程序控製器、智能儀器和智能執行器（工業機器人）等。目前
，中國離散製造企業數字設備的使用具有如下特點：存在不同生產廠家、不同生產時間或不同數控係統的數字設備；多數企業的數控設備采用的是依據加工對象不同進行在線編程的方法
；單台設備采用集中控製，自動化程度較高

；設備之間大多沒有實現集中控製，彼此之間信息傳遞較少；現場總線控製係統（FCS）是目前車間數字設備分布式控製所采用的主要方式。隨著現代化管理的需要，車間數字設備與控製係統間需要交換的數據越來越多，如：過guo程cheng測ce量liang與yu控kong製zhi數shu據ju的de上shang載zai傳chuan輸shu
，報bao警jing信xin息xi的de上shang傳chuan，組zu態tai信xin息xi的de下xia載zai傳chuan輸shu，修xiu改gai後hou的de控kong製zhi參can量liang數shu據ju的de下xia載zai傳chuan輸shu等deng
，這zhe就jiu需xu要yao運yun用yong智zhi能neng理li論lun與yu智zhi能neng感gan測ce技ji術shu來lai獲huo取qu信xin息xi，將jiang其qi存cun儲chu於yu動dong態tai和he靜jing態tai數shu據ju庫ku中zhong
，利li用yong相xiang關guan的de智zhi能neng調tiao度du和he控kong製zhi策ce略lve，分fen析xi、處理、優(you)化(hua)和(he)控(kong)製(zhi)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)，實(shi)現(xian)車(che)間(jian)數(shu)字(zi)設(she)備(bei)協(xie)調(tiao)統(tong)一(yi)的(de)管(guan)理(li)和(he)控(kong)製(zhi)，達(da)到(dao)優(you)化(hua)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)目(mu)的(de)。而(er)采(cai)用(yong)完(wan)全(quan)的(de)局(ju)部(bu)控(kong)製(zhi)和(he)完(wan)全(quan)的(de)全(quan)局(ju)控(kong)製(zhi)都(dou)不(bu)能(neng)達(da)到(dao)最(zui)優(you)。按(an)照(zhao)集(ji)中(zhong)管(guan)理(li)分(fen)散(san)控(kong)製(zhi)的(de)原(yuan)則(ze)，對(dui)車(che)間(jian)數(shu)字(zi)設(she)備(bei)須(xu)采(cai)用(yong)分(fen)布(bu)式(shi)集(ji)中(zhong)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)
，其(qi)主(zhu)要(yao)模(mo)塊(kuai)及(ji)功(gong)胄(zhou)色(se)女(nv)口(kou)下(xia)。

　　（1）設備配置和狀態管理包括車間設備檔案管理與查詢；車間生產設備運行數據采集與設備運行統計查詢
；基於任務的（設備）資源動態組合：根據生產任務
、加工工件和其它變化
，重新分配和組合設備；設備命令協議的定製功能：針對監控對象的不同屬性，對設備協議進行定製

，保證控製台和設備協議的一致性
，保證控製命令的正確解釋與執行。

　　（2）智(zhi)能(neng)維(wei)護(hu)管(guan)理(li)建(jian)立(li)數(shu)字(zi)設(she)備(bei)信(xin)息(xi)庫(ku)和(he)備(bei)品(pin)備(bei)件(jian)庫(ku)，對(dui)各(ge)種(zhong)數(shu)字(zi)設(she)備(bei)的(de)運(yun)行(xing)質(zhi)量(liang)進(jin)行(xing)記(ji)錄(lu)，為(wei)生(sheng)產(chan)提(ti)供(gong)預(yu)測(ce)維(wei)修(xiu)信(xin)息(xi)
，支(zhi)持(chi)預(yu)測(ce)維(wei)修(xiu)計(ji)劃(hua)，避(bi)免(mian)非(fei)計(ji)劃(hua)停(ting)機(ji)，進(jin)行(xing)安(an)全(quan)管(guan)理(li)和(he)故(gu)障(zhang)分(fen)析(xi)

，跟(gen)蹤(zong)和(he)指(zhi)導(dao)設(she)備(bei)與(yu)工(gong)具(ju)維(wei)護(hu)的(de)活(huo)動(dong)來(lai)保(bao)證(zheng)生(sheng)產(chan)和(he)調(tiao)度(du)的(de)進(jin)程(cheng)，也(ye)提(ti)供(gong)緊(jin)急(ji)問(wen)題(ti)的(de)反(fan)映(ying)，如(ru)報(bao)警(jing)，並(bing)維(wei)護(hu)曆(li)史(shi)信(xin)息(xi)以(yi)支(zhi)持(chi)問(wen)題(ti)的(de)診(zhen)斷(duan)。

　　（3）過程管理主要包括對數字設備資源跟蹤（訪問設備資源庫，對設備狀態信息進行查詢和跟蹤），生產進程跟蹤（包括工件工序進程跟蹤、零件質量信息跟蹤和零件完工件數跟蹤），質量監控（包括零件質量統計分析
、關鍵件質量跟蹤）。

　　（4）工藝管理零件n-r-r藝信息維護，如加工工序步驟
、加工工時等

，自動修正工藝信息，以滿足車間生產和臨時工藝改變。工藝規劃與管理，主要包括資料管理
、產品結構（BOM）管理、工藝規劃
，其中
，資料管理包括文檔接收、文檔更新、文檔借閱、文檔發放
、文檔查詢和存根管理；產品結構管理中包括項目編碼定義、物(wu)料(liao)明(ming)細(xi)表(biao)管(guan)理(li)與(yu)動(dong)態(tai)維(wei)護(hu)，例(li)如(ru)生(sheng)產(chan)作(zuo)業(ye)完(wan)工(gong)登(deng)記(ji)，並(bing)根(gen)據(ju)零(ling)件(jian)的(de)工(gong)藝(yi)信(xin)息(xi)，確(que)定(ding)零(ling)件(jian)的(de)下(xia)道(dao)工(gong)序(xu)走(zou)向(xiang)，記(ji)錄(lu)到(dao)工(gong)藝(yi)信(xin)息(xi)表(biao)中(zhong)，以(yi)便(bian)於(yu)跟(gen)蹤(zong)零(ling)件(jian)物(wu)流(liu)信(xin)息(xi)
；工藝規劃包括交互式工藝設計、工藝查詢與檢索、工裝提出管理
、工藝例外處理、加工過程卡片編製及臨時脫離工藝卡編製。

　　（5）數據收集／獲huo取qu與yu處chu理li包bao括kuo製zhi造zao信xin息xi的de描miao述shu模mo型xing，車che間jian現xian場chang製zhi造zao信xin息xi的de獲huo取qu
，並bing進jin行xing處chu理li，考kao慮lv工gong藝yi流liu程cheng
，用yong於yu對dui後hou續xu工gong序xu加jia工gong參can數shu的de修xiu正zheng或huo對dui後hou續xu加jia工gong工gong序xu進jin行xing自zi動dong調tiao整zheng，從cong而er在zai保bao證zheng加jia工gong精jing度du的de前qian提ti下xia，提ti高gao加jia工gong效xiao率lv。

　　（6）組件管理包括設備組件和控製組件模型描述、組件庫的建立與管理
、組件的重構

、組件檢入／檢出機製、組件的動態調度與組態

　　（7）SCADA功能SCADA包括通過各種通信協議實現數據采集
，各種實時數據進行存儲、分類、綜合分析和顯示；duixianchangshebeihuokongzhiqizhijieliulanhecaozuo，erbubibianxiezhuanmendejiankongruanjian。duichejianshebeideyunxingjinxingshishijiancehezhuangtaizidongzhenduan
，bingkeshixianzidongxiaozhenggongneng。

　　4 基於工業以太網的智能控製係統的體係結構

　　基於工業以太網的智能控製係統的拓撲結構如附圖所示，係統中各主要部分的功能如下。

　　（1）智能控製器完成對生產現場數字設備的程序管理與動態調度。獲取各控製設備的信息，並將組態信息下載到各數字設備中；jieshougeshuzishebeifachudezhouqixingguochengceliangyukongzhishuju，duixianchangshuzishebeijinxingjiankong，tongshi
，zhexieshujuyechuandigeishujukufuwuqi，jianlishishishujuku

；接受現場設備發出的報警信息，建立曆史報警信息文檔
，並通過聲光報警提醒用戶及時處理。

　　（2）zhinengjiekoukaolvdaoshebeikongzhixitongzhongleifanduo，butongchangjiadouyouzijidekongzhifangshi，erqieyiqianchuchangmeiyoulianwangnenglideshebeirengranzaidaliangshiyong。zhenduizhezhongqingkuang，caiyongzhinengjiekouwanchengduixianchangxinxidetiquyijiduishebeidekongzhi，ranhoutongguozhinengjiekouyuzhinengkongzhiqiheshujukujinxinglianwangtongxinyijishuzishebeizhijiandetongxin。shixianduozhongxieyijiandezhuanhuan；將軟件組件或數據下載到現場數字設備；實現對現場設備的工作參數
、狀態參數的采集與處理，並與智能控製器實現控製信息、狀態信息、I／O數據的交換。

　　（3）web服務器將加工過程中的測量與控製信息用於刷新動態網頁，用戶可通過遠程IE、Netscape等通用瀏覽器（而無需專門的監控軟件）x―J間生產現場進行實時監控。

　　（4）數據庫服務器包含動態數據庫服務器和靜態數據庫服務器。實現各種數據的檢人、檢出
、數據庫的建立與管理。

　　5 結束語

　　基(ji)於(yu)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)車(che)間(jian)數(shu)字(zi)設(she)備(bei)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)研(yan)究(jiu)是(shi)車(che)間(jian)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)管(guan)理(li)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)方(fang)麵(mian)，目(mu)的(de)是(shi)實(shi)現(xian)從(cong)資(zi)源(yuan)規(gui)劃(hua)到(dao)底(di)層(ceng)設(she)備(bei)控(kong)製(zhi)的(de)透(tou)明(ming)通(tong)信(xin)，解(jie)決(jue)車(che)間(jian)數(shu)字(zi)設(she)備(bei)自(zi)治(zhi)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)協(xie)調(tiao)問(wen)題(ti)，對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)我(wo)國(guo)製(zhi)造(zao)業(ye)資(zi)源(yuan)的(de)利(li)用(yong)率(lv)、提升企業的核心競爭力以及推動網絡化製造的發展與應用具有積極的意義和實用價值。

　　參考文獻：

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