数字工厂管理信息系统数据交换方法的设计

数字工厂管理信息系统数据交换方法的设计

李振南

(天津职业技术师范大学 天津 300222)

摘 要:数字工厂是一种新兴的制造模式,其灵活的生产方式及高自动化水平,为世界各大制造企业所认可。而传统制造业管理信息系统往往与制造设备不能良好的对接,造成计划不能准确的下达和监控。文章介绍的数字工厂信息管理系统的数据交换方法是将数据按照指定的格式编制成数据交换代码存入数据表中,再由下一层组态软件读取并解析,按照解析后得到的信息驱动各设备进行生产,并将生产状态通过数据表反馈给数字工厂信息管理系统,从而使生产计划准确的下达给了设备。关键词:数字工厂 管理信息系统 数据交换 数据库中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)02(a)-0002-02

信息化在如今的许多大制造企业中1 数字工厂的三层结构模型

已经有一定的基础。在生产上已经基本上为了解决生产计划的适应性以及增加实现了数字化控制,先进的管理系统与底层生产过程的信息流动,提高计划的实生产车间的高自动化设备却没有有效的时性和灵活性。制造企业的数字工厂建成结合,在生产计划的组织实施方式上相如图1的三层集成模型,这种模型符合脱节,所形成的短板效应严重的制约了CIMS的递阶控制思想。

制造企业数字化设计与数字化控制优势计划层:强调企业的计划性。充分利用的发挥,使制造企业不能发挥其应具有企业内的各种资源,进行全理调配,可以根高效率,形成了信息化链条中最弱的一

据订单进行物料需求运算,安排生产计划。个环节[1]。

具备可直接将生产计划下达到数字工厂管理信息系统从生产管理的角度生产设备的数字工厂管理信息系统将是来看,属于企业的计划层。

一座连通企业所有信息孤岛的一座桥梁,控制层:控制层强调计划的执行和控使孤立的数据信息汇集成一个有机的信制。数字工厂的控制系统通过组态软件来息整体。要实现上层管理软件与下层生产实现对生产设备层进行控制。

设备的互动,就必须实现上层管理信息执行层:是指由生产计划的最终执行系统与控制设备的组态软件之间的数据者,即由工厂内所有的生产设备所组成,这交换[2]。

些生产设备都通过线缆与控制系统的组态软件相连接。

生产计划 计划层(面向客户)调度系统 控制系统 控制层(面向车间生产控制)生产设备 执行层(面向生产作业现场)图1 三层制造企业集成模型

生产计划调度系统 设备管理 销售管理 工艺管理 库存管理 计划管理 接口模块(管理信息系统的接口管理) 接口缓冲表 数 接 接口数据表 据 口 编号 | 类型 | 数据 | 状态库接口缓冲表 O DBC 接口模块(控制系统的接口管理) 控制系统图2 管理信息系统与控制系统接口模块的设计

2科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION

2 数据交换接口

数字工厂在使用组态软件来开发生产设备控制系统。为了实现两系统的集成和信息共享,必须进行基于两系统功能的对接,分别进行数据接口的设计开发,使数字工厂管理信息系统与控制系统相对,提高系统的灵活性,减少数字工厂管理信息系统与控制系统的内部耦合度。根据企业自己的实际应用环境和目标需求确定解

决方案[3]。

选择数据库作为数据交换的媒介,而数字工厂管理信息系统与控制系统数据交互接口的具体功能则是管理信息系统与控制系统同时维护着一个数据表。

数字工厂管理信息系统中接口模块的设计原理如图2所示。

位于最上层－计划层的数字工厂信息管理系统开放一个数据表可供控制系统的组态软件访问,这张表称为接口表。管理信息系统向组态软件传递指令时,可以将要传递给的数据生成指令字符串存入缓存表中,并把缓存表中最早存入的指令字符串放入接口表中,状态设为“new”;控制系统的组态软件每0.5s读取一次接口表,当表中的指令状态为“new”时,读取这条数据,并将状态置为“old”;生产计划调度系统的接口模块也设置每0.5s访问一次接口表,当发现状态为“old”时,就从缓存表中按顺序取出一条新的字符串数据放入到接口表中,到此完成了一次管理信息系统向组态软件传递数据。控制系统组态软件的信息反馈与此过程相似,从而实现数据的双向流通。

在系统中设计缓冲表的原因在于机械动作需要时间,控制系统控制生产设备执行动作相对于计算机的运算比较缓慢,在生产设备没有完成某指令时,管理信息系统可能又生成一新指令信息等待执行,这时就要在接口表前面加上一个接口缓冲表,用来存放暂时无法放入接口表的指令信息。管理信息系统生成的指令字符串依时间先后存入接口缓冲表中,此时这些指令的状态都是“未进入接口表”。生产计划调度系统的接口模块可以对接口表进行监视,如果发现接口表的数据已经被读取则立刻从接口缓冲表中取出时间最靠前的的指令放入接口表中,同时将位于接口缓冲表中的这条指令的状态改为“已进入接口表”,等待控制系统的组态软件读取。同时管理信息系统的接口模块还要监视控制系统的组态软件传入数

“未进入接口表”.com.cn. All Rights Reserved.高 新 技 术

表1 加工指令说明

2013 NO.04SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯位置 说明 1～3 零件编号 4～9 原料出库库位 10～14 原料出库后为空箱的入库库位(不为空箱回原位) 15～20 成品入库库位 21～25 成品入库库位没有箱子时的取箱地址(如果有箱子就取成品入库库位) 26～27 工序1，第一个字符为机器，第二个字符为所用的程序 …… 例子 长度 9FE 3 A0101L 6 A0102 5 A0103L 6 A0104 5 A1 2 号9FE(用于跟踪物料的加工进度),物料经

过生产线到第一个加工工位,进行第一道工序的加工,使用机器编号为A,加工所用程序为1;之后,物料经过生产线到第二个加工工位,进行第二道工序的加工,使用机器编号为B,加工所用程序为2;……;指令字符串的所工序完成后成品将送回A0103L这个库位中去。

据,一旦发现新数据(即此数据的状态为“new”时)就立刻读取并进行处理,处理完成后还在将位于接口表中的数据状态改为“old”表示已读。

3 数据交换编码

管理信息系统向控制系统传递的数据以指令形式放入接口,在管理信息系统与控制系统间已经建立完整的信息格式协议。所有的指令都是长度不超过60个字符的字符串,以便于接口整条的读取和写入。指令主要有为库位指令,加工指令等。3.1库位指令

数字工厂立体仓库的货架是并列的货架,在立体仓库货架中间有一台堆垛机,堆垛机可以在货架中间任意移动,取放放置物料的周转箱。关于库位指令只有三种,单点入库、单点出库、单点移库。批量操作时系统会将自动将批量动转化为许多单点操作。

例如,控制系统从接口中获得的单点移库指令为:

YK001B1213A0102

其中YK001指的移库单号码,当移动动作完成后控制系统将通过接口把这个号码

.com.cn. All Rights Reserved.反馈给管理信息系统;

B1213:堆垛机取周转箱的位置代码,其中B表示是第2排,12表示第12层,13表示第13列;

A0102:堆垛机放周转箱的位置代码,其中A表示是第1排,01表示第1层,02表示第2列;

组态软件会将指令解析成MOVEB1213 A0102并将这个字符串发送到堆垛机上。堆垛机就会从将B1213处的周转箱移动到A0102库位。3.2加工指令

管理信息系统中生成了生产计划后,针对每一个零件都会产生一条加工指令放入缓冲表,并由接口模块适时地从缓冲表中取出加工指令填入接口表中。加工指令格式如下:

9FEA0101LA0102A0103LA0104A1B2C3D4A5D6A7E8F9A1B2C3D4A5D6

指令包含了一个零件的毛坏所在库位,制成成品存放的库位,以及每一道工序所在工位和对应的程序等信息。指令的具体意义可以参考表1。

根据表1可知,控制系统获取这条指令后从A0101L处取出物料,并为其分配零件

4 结论

通过文章所介绍的数据交换方法,只需在数字工厂的管理信息系统与控制系统之间分别开发数据接口模块,进行数据传递格式的设计,就能保障企业顶层与底层信息的流通性。从数字工厂管理信息系统产生的生产计划可以通过接口直接传递给控制系统,从而驱动生产设备进行生产。在数据交换的编码格式上还可以进一步的抽象,使编码可以包含更多信息,例如装配,涂装等操作的信息。文中提出数据交换方法,允许数字工厂的管理信息与控制系统进行的开发,降低了数字工厂软件部署实施的难度和时间,具有一定的应用前景。

参考文献

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险管理[J].企业科技与发展,2012,323(5):6-9.

[3]蔡潇雨.基于MES实时数据采集与控制

系统的研究与设计[D].上海:上海交通大学,2012.

(上接1页)

ds18b20为一款精度高、功能强大的数字温度传感器,在本系统中其主要作用为实时采集室内温度t1,并将数据传送至单片机系统进行处理；红外控制设备接收用户设定的温度值t2,并将接收数据传送至单片机；atsc51单片机最小系统主要包括时钟电路和复位电路,在本系统中的主要作用为接收并处理温度信息,通过对比t1与t2的值,根据预先设定的程序流程产生相应动作,从而控制电磁阀的开启与关；128液晶显示器为一款带有汉字字库的液晶显示器,主要用来显示室内温度信息,实现人机交流。电磁阀及其驱动电路模块由两个常开型电磁阀及其驱动电路组成,用于响应相应指令,控制暖气片中水流的通断。1.2设备工作流程

用户根据128液晶显示屏所示室内温度信息及自身感觉冷暖情况,通过红外遥控器设定所需室温,单片机接收到温度信息后与数字温度传感器传输的温度信息进行对比,并进行相应的处理,输出相应指令控制电磁阀的通断。单片机程序流程图如图2所示。

1.3用户操作使用方法

利用温度传感器实时测取室内温度,

人们通过液晶显示屏实时看到室内温度,若室内温度不合适,可使用红外遥控设置自己偏好的室温。红外线接收器先接收遥控发出的红外信号,红外信号接着被传送到单片机控制模块,经过单片机的处理之后,将决定暖气片的进水端电磁阀与出水端电磁阀的开与闭。室内温度高于所设置的温度时,进、出水端电磁阀均自行关闭,暖气管中的水将通过三通接头改变流动方向,绕过暖气片流动。待到室内温度低于设定温度一定值时进、出水端电磁阀再一同打开,从而实现了暖气管实时控温的智能化。

经分析得:电磁阀在一定程度上在此具有实用性。其可以在使用期间节省大量不必要的能源,而购买这部分能源的费用远超电磁阀本身。

3 结语

通过对本装置仿真实验,其可以达到预期的效果,温度控制精度为1℃。与其他相关装置相比,在满足用户需求的同时,还能节省能源,提高能源的利用效率,具有一定实用性。

参考文献

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电磁阀驱动参数的研究[J].西安交通大学学报，2005(7).

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单片机的智能温度控制器的设计[J].测控技术，2007(10).

[3]杨万超.51单片机温度控制系统设计

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驱动[J].电子产品世界，2003(22).

[5]景江红,兰中秋.浅谈水暖暖气片的设

计[J].山西建筑，2009,35(1).

2 实用性论述

经查阅相关资料[5],对于一间长4m,宽

4m,高3m的卧室,其通过长200cm,高150cm的窗户和宽80cm,高230cm的门以及墙面向外散热功率为1850W。假设暖气片散热功率为2000w,室温维持在25℃,可知此时室内空气密度为1.1691kg/m3,空气比热容为Cv=0.71125kJ/(kggk)。将高温水对电磁阀氧化等因素考虑在内,经计算得:电磁阀在无故障情况下可连续使用2～3年。根据实际,每年暖气使用时间一般为4个月,因此得电磁阀使用年限为4～5年。

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