cookieOptions = {...}; .如何讓 MES 系統發揮出其控制能力 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

3S MARKET

2020年9月16日 星期三

What is Manufacturing Execution System (MES) ?




源:e-works

目前,無論是新建還是升級改造項目,其控制系統的規劃或功能拓展目標,都在圍繞著 MES (Manufacturing Execution System)系統進行。由於現場級控制系統是 MES 系統的基礎和支撐,其功能是否完善直接影響 MES 系統作用的發揮,因此,探討如何根據 MES 系統的理念和功能,要求來規劃或擴展現場控制系統的功能,顯得十分必要和迫切。


https://medium.com/@zoeclive007/mes-global-manufacturing-execution-systems-mes-market-manufacturing-process-analysis-dynamics-fafcebec1f36

那麼,在眾所皆知的常規控制模式下的功能基礎上,還要如何拓展才能讓 MES 系統充分發揮作用?筆者透過下文,簡要闡述一下自己在學習和實踐中的體會。
  
1.通信
MES 中各系統間以及各控制層之間的資訊,必須要可以自由流動,為此需要在它們之間建構通信網路。目前常規的做法是在管理層(監控層)與控制層之間,透過工業網路交換資訊,控制層與現場設備層之間,透過現場總線交換資訊。

為了避免不必要的通信轉換,控制系統的 PLC 最好具有進行網路和現場總線( Profibus、DeviceNet 等)通信的功能。變頻器最好具備對應現場總線的通信接口。

智慧儀表等裝置最好具有現場總線,或網路通信接口,如屬於某系統或與某系統關係緊密,也可在系統內進行局域模擬量傳輸。如工廠生產線應用了 ProfiNet 技術,通信將變得更簡潔,但目前汽車行業幾乎沒有應用。


2.設備運行狀態檢測
為了讓 MES 系統中的監控電腦或人機介面,能更形象準確地顯示工藝設備整體,及其各裝置的運行狀態,現場控制系統必須對電機、水泵和感測器等的運行或通斷狀態,進行檢測和判斷。這就需要增設相應的檢測元件,如編碼器,可直接檢測電機是否運行;光電開關,可檢測工件是否透過或佔位;測距開關,可以檢測移動設備行進距離;壓力開關,可以檢測是否過載;風速儀,可以間接檢測風機運行與否;接近開關,可間接反映設備間同步狀態;電流表,可間接反映電機運行狀態等。

當採用間接方式時,需配合軟體來實現其功能,例如,通過檢測電機運行電流(不包括起動過程),可以間接判斷其是否處於運行狀態。圖2所示的坐標反映電機的運行電流。上下限值根據電機實際工作中負載的變化範圍而確定,當電機運行電流在上下限之間時,可認為電機處於運行狀態,電流為零則處於停止狀態,其他區間為故障狀態。
  

3.參數檢測與控制
MES 系統檢測與調整現場參數的功能,主要靠網路和控制系統實現。為此,建議在現場 PLC 與現場設備之間建立數位量或類比量的參數傳遞通道,盡量不採用現場設備與上位機直接通信的方式。

以溫度測控為例,有很多種方案,目前比較流行的方案,是直接透過 PLC 的本地或遠端類比量 I/O 直接檢測和控制。圖3 以遠端類比量 I/O 測控為例,上位機和現場人機介面可實現參數調整和動態顯示,上位機還可以記錄和繪製參數變化曲線等。類比量 I/O 根據變送器信號控制電動調節閥的開度,以實現溫度調控。
 

4.工件或行動設備位置檢測
如上位系統要精確顯示工件或行動設備的行進位置,控制系統應根據顯示對象的不同,配置雷射測距感測器、編碼器或條碼開關等。雷射測距感測器可直接檢測設備的移動距離;編碼器方案是透過檢測輸出軸轉角的變化後,再換算成位移的方法;條碼開關則是透過檢測條碼帶上條碼的變化,來確定設備位置,條碼帶須沿設備移動路徑佈置安裝。

條碼帶的大致形狀。另外,當精度要求不高時,為節省成本,也可根據公式 s=vt 計算移動距離。其中,s 為移動距離,v 為檢測或換算的設備實際運行(旋轉)速度,t 為運行時間。
5.融入辨識系統
車體辨識是 MES 系統的重要組成部分。目前的常用作法是採用 RFID 技術將辨識系統融入到控制系統中。數據載體在工廠的入口處,被寫入加工安裝資訊並隨工件行進,各工位根據從數據載體中,讀到的資訊完成工藝作業,然後再將必要的過程資訊寫入數據載體。一般情況下,在重要工藝段前後及分類道岔前,必須設置讀寫站。
  
6.感測器的冗餘設置
在建構了 MES 系統的生產工廠裡,感測器的冗餘設置是十分必要的。冗餘不僅可以提高設備運行的可靠性和效率,還能為故障判斷創造便利條件。

一般情況下,在升降機、移行機和翻轉機等關鍵部位,都要對位置檢測感測器進行冗餘設置,以降低撞車、掉車等的概率,減少因感測器故障造成的停產,此外,還可以相互成為故障診斷的參照物。
  
7.資訊提示
MES 系統注重提升每道工序的品質和效率,為此而在工位和生產線上設置的資訊提示板,可以顯示來自於生產管理系統的加工(安裝)資訊及來自於生產線各工位的求援資訊等。
  
8.現場資訊的人工讀寫
由於工件的製造資訊須伴隨工件始終,為了避免因數據丟失而長時間影響後續作業,需在現場適當設置人工讀寫站,如工控機、HMI等。該讀寫站應能透過通信網路,讀取上位系統和控制系統的相關資訊,並能將資訊寫入數據載體或上位系統。一般情況下,應至少在車間的入口、出口以及工件轉掛處設置這樣的讀寫站。另外,對讀寫站進行權限管理也是非常必要的。
 
9.故障診斷
故障診斷也是 MES 系統的重要功能。現場 PLC 將完成很多故障診斷的邏輯,並將結果傳送至上位系統,上位系統再根據可能性大小按順序進行提示。PLC 進行軟體診斷的方法很多,如趨勢分析法、直接參照法和標準延時法等。
 
10.防錯
不同的工廠或不同的工段,所採用的防錯方法是有區別的。以總裝工廠的部分內飾件裝配工段為例,為了保證裝配工件的準確性,首先須將配件按型號類別分區放置,再在取配件的通道上,安裝光幕或光電開關等進行動作檢測。


如上所述,MES 系統能否充分展示其強大的優越性,很大程度上依賴現場控制系統的有效支撐。從另一角度考慮,MES 對現場控制系統的新要求,將極大地推動現場控制系統的改進和完善。

上述拓展功能就是在 MES 的啓發下構想和體會出來的,但也並非完全局限於 MES 框架內。另外,因筆者見識所限,上文所述未能涵蓋支撐 MES 的全部功能。

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