中小型制造企业MES通用控制器的研究

邹　兵，王志平，张立平

（1.广东省自动化研究所，广州 510070；2.广东省现代控制技术重点实验室，广州 510070；3.广东省现代控制与光机电技术公共实验室，广州 510070）

中小型制造企业MES通用控制器的研究

邹兵1，2，3，王志平1，2，3，张立平1，2，3

（1.广东省自动化研究所，广州 510070；2.广东省现代控制技术重点实验室，广州 510070；3.广东省现代控制与光机电技术公共实验室，广州 510070）

针对中小型制造企业MES的现状和通用控制器的研究遇到的困难，提出中小型制造企业MES通用控制器的研究方案，包括整体架构设计、监测数据设计、信息化通讯设计、主CPU设计，为中小型制造企业信息化打下坚实的基础，辅助生产管理，为企业决策层制定企业政策、把握企业生产提供有效的帮助。

MES；通用控制器；企业

为解决中小型制造企业及其信息化实施中的“信息断层”与“信息孤岛”的瓶颈，国际制造执行系统协会对MES的定义是：制造执行系统），是一些能够完成车间生产活动管理及优化的硬件和软件的集合，这些生产活动覆盖从订单发放到出产产品的全过程，其通过维护和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。目前，中小型制造企业MES通用控制器的研究有很多问题和困难，主要有两点：一是中小型制造企业的产品种类多，导致数据采集量大。当前中小型制造企业（尤其是离散制造企业）的生产，正呈现出规格多批量小的生产现象，生产执行过程中涉及多条生产线，由不同工人不同工序组成，需要采集的数据包括生产设备、工人、生产时间、生产产品规格、生产产品数量、生产状态等等，采集任务相当繁重。二是中小型制造企业的生产设备种类繁杂，数量众多导致数据采集复杂度高。现有的中小型制造企业拥有大量的设备，这些设备品牌杂种类多新老并存，各种设备的数据接口与通信协议差别很大，主要原因在于没有行业统一的数据接口和通讯协议，各个生产设备厂家自己有一套内部的通讯要求。所以，中小型制造企业MES通用控制器的研究需要研究专业的数据通讯模块，来面对数据通信各不相同的设备，最好是兼容性强的通讯模块。

1　MES通用控制器的整体架构设计

针对性地解决目前中小型制造企业MES通用控制器的数据监测和传输遇到很多问题和困难，提出中小型制造企业MES通用控制器的整体架构设计。采用智能模块化分体式结构设计，各种插槽式功能模块可拔插，可靠性高，能适应工业现场的恶劣环境如高温、潮湿、振动、冲击、粉层和电磁干扰，安装简单，维修方便，容易升级，接口模块丰富，功能强大，系统设计与调试周期短，移植性和扩展性强。各个中小型制造企业的现场环境不同，需要考虑兼容性，更要注意工业现场各种设备的异同性。主要设计整体主基板、电源功能模块、CPU功能模块、串口通讯功能模块、以太网通讯功能模块、SPI通讯功能模块、USB通讯功能模块、CAN通讯功能模块、触摸屏功能模块、开关量输入功能模块，开关量输出功能模块，模拟量输入功能模块，模拟量输出功能模块，扩展CPU/FLASH功能模块、扩展CPU/RAM功能模块、备用扩展模块，控制器追求软硬件标准化。

2　MES通用控制器的监测数据设计

各种设备的加工数据如生产设备数据和状态、操作人员数据、生产时间、生产产品数据和状态等；现场设备的各种传感器的检测数据如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、张力传感器等；各种设备的输入输出开关量等。

3　MES通用控制器的信息化通讯设计

通讯设计包括控制器与后台服务器通过无线或有线以太网通讯，可以根据项目需求，自己根据TCP/IP协议自定义通讯规约、通讯内容定制。控制器与触摸屏通过串口或以太网通讯、控制器与现场操作人员以操作员工卡通过串口或USB通讯，控制器与各种加工设备的模具以RFID技术通过串口或以太网通讯，RFID技术是目前中小制造企业模具生产使用到的技术，是模具唯一的标识码。控制器与各种设备的生产通过CAN或串口或以太网通讯，控制器与各种设备的用电量通过串口或以太网通讯，还可根据不同工业现场环境的需要扩展各种通讯接口。通讯设计是本控制器的核心所在，可以为客户传输数据保密且为定制，专业性针对客户的各种需求，全新定义各种通讯协议和规约。

4　MES通用控制器的主CPU设计

采用ST公司的STM32F4系列，其内核为ARM Cortex-M4，高达168MHz的主频，扩展性好，兼容性强，各种外设资源丰富，超低功耗，缩短开发周期，高性能浮点运算能力，增强的DSP处理指令，整合微控制器和数字信号处理器两大功能，数据加密，零等待程序运行，超大容量的闪存和RAM，易开发，高性能实时自适应“ART加速器”、多重AHB总线矩阵和多通道DMA充分发挥智能型嵌入式功能。

5　结　语

研究数据采集和实时监测为核心的中小型制造企业MES通用控制器，从技术层面上为实现中小型制造企业信息化打下坚实的基础，为中小型制造企业的可持续发展提供积极的技术支持与解决方案。数据采集与监测系统通过对生产相关的关键信息，如设备状态、生产状态、电量状态、现场各种传感器等等进行采集，并以直观和数据库的形式表现出来，供生产员工、生产管理者，尤其为生产调度人员实时了解当前生产情况提供帮助，以便其做出正确的生产计划与规划，同时，实时生产情况可为企业管理人员制定企业的长远发展和宏观政策提供非常强有力的指导和帮助。

主要参考文献

［1］付林云. MES中数控车间数据采集系统的研究和应用［D］.杭州：浙江大学，2008.

［2］王志新，金寿松.制造执行系统MES及其应用［M］.北京：中国电力出版社，2006.

10.3969/j.issn.1673-0194.2015.02.085

F270.7

A

1673-0194（2015）02-0113-01

2014-12-23

广州市科技计划项目（2014J4500021）；广东省科学院青年科学研究基金项目（qnjj201408）；广东省自动化研究所所长基金项目（A201404）。