浅谈生产数据采集系统(MES)的应用

浅谈生产数据采集系统（MES）的应用

引言

云铜股份公司熔炼分厂等主要生产部门，采用了大量DCS和PLC控制系统。但是，这些控制系统由多家厂商提供，相互独立且信息各自封闭，造成在实现了生产自动化的同时却不能共享数据，各工区、分厂和部门的生产信息无法及时交流，极大地阻碍了企业生产信息化的建设进程。实现生产管理信息的现场采集，实时存储，统一管理，科学的统计分析是目前分厂乃至全公司生产信息化建设的迫切需要。生产数据采集系统（（MES）在整个企业信息集成系统中承上启下（上承ERP/MIS系统，下接DCS等现场控制系统），是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。本文以公司艾萨炉及艾萨余热锅炉DCS系统为重点，探讨了公司一期工程生产数据采集系统MES（Manufacturing Execution System）建设的必要性、规划及拟实施的方案，同时也充分地考虑到系统远期规划的可实施性。

1 系统的组成

1.1 生产自动化系统

公司以艾萨炉工程为核心的火法系统改造已基本完成，作为艾萨火法冶炼系统主体的熔炼分厂集中了包括艾萨炉DCS控制系统、艾萨余热锅炉DCS系统、贫化电炉DCS系统、备料DCS系统、转炉中压锅炉DCS系统和余热汽化DCS系统在内的6套DCS系统和多套PLC系统。其中艾萨及艾萨锅炉系统2个均属于DELTA V系统同型号，电炉和备料系统同属于北京和利时公司但型号不同，转炉中压及余热汽化系统同属于浙大中控公司但型号也不同，而多套PLC系统有3套是西门子S7-300、几套三菱、施奈德和欧姆龙等系统。这些控制系统的投人，保障了生产安全平稳运行，尤其是艾萨DCS系统，作为艾萨炉的控制核心，发挥了重要作用。它的安全可靠运行保障了云铜艾萨炉实现第一炉期炉寿世界第一的目标。但是，由于该系统当时也没有考虑连网，让生产数据能够实现共享。而其他几个系统也同样如此，各系统间未能进行信息的通信，阻碍了信息和生产数据的共享。

1.2 办公自动化系统

目前熔炼分厂计算机使用比较普及，但是由于各计算机之间没有互连，数据交换、信息共享没有实现。在现有的基础上，将其组建成办公自动化系统，配上相关的应用软件，便能够轻松实现办公系统的自动化，大大提高工作效率。

1.3 系统功能设计

数据采集系统作为整个分厂生产管理信息化建设的基础，需要完成所有具备数据采集条件的生产自动化控制系统生产信息的完整采集。由于目前采用了多种DCS系统和PLC系统，数据采集的模式和实现的手段有所不同，分厂对每一个生产控制系统都配置了现场数据采集工作站，分别针对不同的DCS和PLC系统采取相应的通讯模式实现数据采集功能。同时，现场数据采集工作站还将具备生产监控和一部分生产信息的管理功能。

2 系统的实施

2.1 办公自动化系统实施

2.1.1 系统建设原则

（1）成熟性。采用成熟技术，选用成熟产品。

（2）开放性。所选用的产品保证与其他系统良好的互操作，遵循国际标准，采用开放的技术、开放的体系结构。

（3）可靠性。选用国际知名品牌D_Link产品，该产品既有高MTBF（平均无故障时间）和低MTBR（平均无故障率）。

（4）先进性。选用国际上技术比较先进而又是比较成熟的产品，在网络设计思想上采用国际上流行的层次型拓扑结构。

（5）可扩展性。从应用的角度出发，选用国际标准的百兆以太网络技术。既能满足公司现阶段入网机器数量上的增长需求，又能满足增加新的业务、新的应用而对带宽增长的需求。

2.1.2 逻辑网络设计

拓扑结构是计算机网络常用的结构映像图，它用来指示组成网络的网段、互连点及用户分布。本网络的拓扑结构有：核心层、分布层、用户访问层。

（1）核心层：由高性能的服务器安装Windows2003 server版组成，主要功能有：①执行NA T地址转换服务），可高效地将一个公有地址转换为多个私有地址。②高效的端口级数据包过滤技术（防火墙），可有效阻挡未经同意的目的主机地址或端口。③该网络系统可采用Windows2000操作系统，可提供IIS （Internet Information Server），为HTTP , FTP提供快速、强大和安全的平台。

（2）分布层：由高性能的3台D_LINK 24口（DER 1024+）100兆以太网交换机组成，由于熔炼办公楼以外还有约巧台的计算机，距离网络中心1km左右，需要敷设光缆，增加光电转换器和光端等。

（3）用户访问层：由互连点各台计算机组成。

2.2 生产实时信息监控系统的实现

2.2.1 数据采集实现方式

艾萨炉用的是费希尔一罗斯蒙特公司的DeItaV系统，数据采集系统可以通过DeltaV专用OPCServer实现数据通信和信息采集。系统配置中需要增加1台应用站来完成对DeltaV

DCS系统的数据采集功能，在应用站上安装DeItaV OPC Server和InTouch监控软件，InTouch 通过OPC Client直接从OPC Server中获取DeltaV系统中的全面信息。图1为熔炼分厂熔炼炉数据采集系统结构示意图。

图1 熔炼分厂熔炼炉数据采集系统结构示意图

2.2.2 系统硬件配置

表1列出了系统所需硬件明细。

表1 系统硬件明细表

2.2.3 网络拓扑

基于安全的考虑，在本次系统实施的过程中应用V-Lan的技术，将生产控制及数据采集网络与车间及企业办公网络划分为完全不同的网段（建议厂级交换机采用Cisco6500系列，分厂交换机采用Cisco 3550系列，由此可以通过服务器的双网卡设置和主干交换机设置实现网络不同网段的分隔），仅仅让Web服务器代理数据相互传输的任务，从而杜绝了办公网络计算机直接访问生产控制及数据采集网络中的其它计算机，避免了生产管理网络的接人对原生产控制网络的十扰和损害。另外，系统将应用防火墙技术在牛产及信息发布服务器与企业办公网络之间筑起一道壁垒，禁止办公网络中流传的病毒和其他不明信息对服务器的入侵，从而保证了整个数据系统和控制系统的安全。

3 系统的功能及运行

3.1 数据采集再现功能

釜寸夫国Wonderware公司多样和稳定的IO Server和功能强大的监控软件以及云铜股份公司多年的自动控制工程经验，对控制系统进行充分研究后提出了全面的数据采集方案，力求保证从多种DCS（包括罗斯蒙特DeltaV、和利时HS2000和MACS1、浙大中控JX300和ECS100等）和PLC控制系统中获取全面完整的生产过程信息，并确保数据通讯的稳定性和可靠性。

3.2 生产过程图形化

在人机界面侧，采集来的数据通过图形化的方式。对生产过程进行再现、模拟以及显示。而图形化的生产过程，除了在图形化监控站点上可以查看之外，也可以通过Web的方式，在远程实现生产过程图形化监控。