解決真空退火爐工藝參數(shù)與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸問題的措施分析

宋天林

新疆眾和股份有限公司 新疆 烏魯木齊 830013

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、微型計算機(jī)的推動以及工業(yè)4.0推出，工藝數(shù)據(jù)的采集和檢測已成為提高產(chǎn)品質(zhì)量、檢測設(shè)備狀態(tài)的重要手段。企業(yè)對設(shè)備自動化水平要求不斷提高，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作，相對新設(shè)備而言，舊設(shè)備自動化改造出現(xiàn)各種各樣的問題。

鋁箔公司現(xiàn)有真空退火爐幾十臺，每臺退火爐的爐內(nèi)溫度、物料溫度、爐內(nèi)壓力、爐內(nèi)真空度、電流大小和設(shè)備狀態(tài)等工藝參數(shù)的采集、預(yù)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(shù)一并上傳至MES系統(tǒng)，實現(xiàn)參數(shù)自動化控制。但由于現(xiàn)有設(shè)備多樣化，不同功能儀表輸出的數(shù)據(jù)類型也不相同，有模擬量、數(shù)字量，還有沒有輸出功能的儀表，對設(shè)備的升級形成了不小的阻礙。

1 工程概況

1.1 MES系統(tǒng)介紹

MES系統(tǒng)即制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)，是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。MES提供包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理等底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為企業(yè)打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺[1]。

1.2 現(xiàn)場情況介紹

真空退火爐是很常見的退火設(shè)備。每臺設(shè)備的許多工藝（設(shè)備）參數(shù)都需要記錄，以保證產(chǎn)品的合格率。以往這些設(shè)備參數(shù)都由操作工定時記錄，難免遺漏或者缺失，造成整個生產(chǎn)過程不可追溯。如果將這些數(shù)據(jù)上傳至MES系統(tǒng)就可以避免數(shù)據(jù)的遺漏，錯誤等問題。同時提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、降低操作工勞動強(qiáng)度。

2 基本原理

需要上傳的工藝（設(shè)備）參數(shù)有電流，真空度，爐內(nèi)壓力，控溫溫度，物料溫度及設(shè)備狀態(tài)。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(shù)對應(yīng)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(nèi)壓力（輸出4～20mA），4路控溫溫度（輸出0～5V），4路物料溫度（無輸出）。

為了方便采集這些數(shù)據(jù)，本文采用以工業(yè)微型計算機(jī)為數(shù)據(jù)處理中心，RS485總線通信方式獲取個儀表數(shù)據(jù)，工業(yè)微型計算機(jī)在通過TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)組ES系統(tǒng)[2]。

3 解決方案

3.1 基于RS485的Modbus通信設(shè)計

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議可以使不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

在Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時，協(xié)議規(guī)定每個控制器需分配唯一的通信地址。通過該協(xié)議主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。Modbus協(xié)議通信協(xié)議格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯誤檢測域。

3.2 模擬量轉(zhuǎn)RS485設(shè)計

爐內(nèi)壓力和電流為電流型模擬量，控溫溫度為電壓型模擬量。DAM3059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250歐姆精密電阻，使其型號轉(zhuǎn)化為0-20mA電流型模擬量。

3.3 物料溫度及開關(guān)量輸入設(shè)計

測量爐內(nèi)物料溫度是保證產(chǎn)品質(zhì)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(shù)據(jù)，同時支持多種熱電偶類型。采用DAM3029D采集模塊采集開關(guān)量信號。滿足退火爐物料溫度和開關(guān)量信號采集功能，同時具備RS485通信功能[3]。

4 工業(yè)組態(tài)設(shè)計

Visual Basic是一種由微軟公司開發(fā)的結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面向?qū)ο蟮摹瑓f(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動為機(jī)制的可視化程序設(shè)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(yīng)用程序開發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫，輕松的創(chuàng)建Active X控件，也可以輕松使用VB提供的組件快速建立一個應(yīng)用程序。

4.1 數(shù)據(jù)采集接口程序設(shè)計

本程序使用MSComm 控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。MSComm控件在串口編程時非常方便，程序員不必去花時間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)。使用該控件通過電腦的RS232口采集工藝（設(shè)備）數(shù)據(jù)。通信串口主要程序如下：

MSComm1.CommPort=1’使用com1口

MSComm1.Settings= “9600,n,8,1”’設(shè)置通信參數(shù)

MSComm1.PortOpen=Ture’打開串口

4.2 采集系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的通信接口設(shè)計

本程序與MES系統(tǒng)通信采用的是TCP/IP協(xié)議。VB中Winscok控件可以實現(xiàn)工業(yè)微型計算機(jī)和MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換[4]。

5 結(jié)束語

通過系統(tǒng)的改造實現(xiàn)了現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)自動記錄，自動分析的功能。降低了操作工工作強(qiáng)度，穩(wěn)定詳細(xì)地記錄了整個生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，同時生成相應(yīng)的工藝曲線，可以很好地與理論進(jìn)行對比，提高了研發(fā)進(jìn)度，降低了產(chǎn)品不合格率，為公司間接創(chuàng)造了較大的利益。