解決真空退火爐工藝參數與MES系統數據傳輸問題的措施

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與MES系統數據傳輸問題的措施

游忠瑛
（新疆眾和股份有限公司烏魯木齊830013）

隨著科學技術的發展和微型計算的廣泛應用，工藝數據的采集和檢測已成為提高產品質量，檢測設備狀態的重要手段。因此如何解決老設備的工藝參數與MES系統數據傳輸問題迫在眉睫。本文以鋁箔公司真空退火爐為例，利用現場已有的條件，以不改變，不影響設備原來狀態的原則，解決不同數據類型如何統一的問題。

mES系統工藝參數數據采集RS485通信

1　引言

隨著科學技術的發展、微型計算機的推動以及工業4.0推出，工藝數據的采集和檢測已成為提高產品質量、檢測設備狀態的重要手段。企業對設備自動化水平要求不斷提高，以代替傳統的人工操作，相對新設備而言，舊設備自動化改造出現各種各樣的問題。

鋁箔公司現有真空退火爐幾十臺，每臺退火爐的爐內溫度、物料溫度、爐內壓力、爐內真空度、電流大小和設備狀態等工藝參數的采集、預測與分析是我公司需首要解決的問題。為解決此問題，將參數一并上傳至MES系統，實現參數自動化控制。但由于現有設備多樣化，不同功能儀表輸出的數據類型也不相同，有模擬量、數字量，還有沒有輸出功能的儀表，對設備的升級形成了不小的阻礙。

2　工程概況

2.1mES系統介紹

MES系統即制造企業生產過程執行系統，是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統。MES提供包括生產數據管理、計劃排程管理、生產調度管理等底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊，為企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺。

2.2現場情況介紹

真空退火爐是很常見的退火設備。每臺設備的的許多工藝（設備）參數都需要記錄，以保證產品的合格率。以往這些設備參數都由操作工定時記錄，難免遺漏或者缺失，造成整個生產過程不可追溯。如果將這些數據上傳至MES系統就可以避免數據的遺漏，錯誤等問題。同時提高數據準確性、提高產品質量穩定性、降低操作工勞動強度。

3　基本原理

需要上傳的工藝（設備）參數有電流、真空度、爐內壓力、控溫溫度、物料溫度及設備狀態。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。每個參數對應的儀表輸出有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據，本文采用以工業微型計算機為數據處理中心，RS485總線通信方式獲取個儀表數據，工業微型計算機在通過TCP/IP協議傳輸到MES系統。系統總方案的結構見圖1。

圖1　系統總方案結構圖

4　解決方案

4.1基于RS485的Modbus通信設計

Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。該協議可以使不同廠商生產的控制設備連成工業網絡，進行集中監控。

在Modbus網絡上通信時，協議規定每個控制器需分配唯一的通信地址。通過該協議主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。Modbus協議通信協議格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發送的數據、一錯誤檢測域。

4.2模擬量轉RS485設計

爐內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，使其型號轉化為0～20mA電流型模擬量。DAM-3059結構框見圖2。

圖2　DAM-3059結構框圖

4.3物料溫度及開關量輸入設計

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

5　工業組態設計

Visual Basic是一種由微軟公司開發的結構化的、模塊化的、面向對象的、包含協助開發環境的事件驅動為機制的可視化程序設計語言。它源自于BASIC編程語言。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應用程序開發（RAD）系統，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數據庫，輕松的創建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用程序。

5.1數據采集接口程序設計

本程序使用MSComm控件通過串行端口傳輸和接收數據，為應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雜的API函數。使用該控件通過電腦的RS232口采集工藝（設備）數據。通信串口主要程序如下：

5.2采集系統與MES系統的通信接口設計

本程序與MES系統通信采用的是TCP/IP協議。VB中Winscok控件可以實現工業微型計算機和MES系統數據交換。其數據發送和接收格式見圖3。

6　結論

通過系統的改造實現了現場工藝數據自動記錄，自動分析的功能。降低了操作工工作強度，穩定詳細的記錄了整個生產工藝數據，同時生成相應的工藝曲線。可以很好的與理論進行對比，提高了研發進度，降低了產品不合格率，為公司間接創造了較大的利益。

［1］MES系統手冊.

［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總線在數據采集系統中的應用，工礦自動化，2006.4.

［4］王苒，湯冬誼.基于RS485主從通信協議的實現，現代電子技術，2003.24.

收稿：2016-07-01

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