MES与PLC握手的几种方式

  

在汽车制造行业，MES与设备层有深入的集成，而PLC集成是最主流的形式。

本文主要介绍MES与PLC集成时的几种握手方式及特点。

方式1：定期抓取数据

某些设备的关键工艺参数(如变速器轴齿热处理炉的温度)非常重要，需要定期抓取以生成实时曲线，及用于长期追溯分析。

这些工艺参数通常都是模拟量，数值始终不停地变化。

通常我们可以通过OPC软件读取这些数据，经过精度处理，然后定期写入实时数据库中。

这些数据的特点是：读取频率高，数据变化小，因此存入数据库时会存在大量重复的记录，而实时数据库提供数据压缩的功能，特别适合此类数据的存储。

方式2：基于条件触发

有许多工艺参数(如螺栓的拧紧值)的收集，主要是用于事后的质量追溯分析的，通常我们会定义一个触发信号通知MES读取。

比如发动机在某工位完成物理装配作业后，PLC会把关键的工艺参数写入数据交换区，然后给DATA_READY信号置位。

而MES会每隔1秒扫描监听DATA_READY信号，当此信号处于高位时，则读取数据交换区的质量追溯数据。

可参考下图：

具体握手过程为：

1)       发动机完成某个装配步骤，PLC写入参数1。

2)       发动机完成某个装配步骤，PLC写入参数2。

3)       发动机完成所有物理装配作业，PLC将DATA_READY置位。MES读取参数1、参数2。

4)       发动机准备离开当前工位，PLC将所有数据复位。

方式3：请求-响应机制，1次握手

这种方式和IT系统的MQ/WEB SERVICE等消息处理机制非常类似。

如发动机上线工位，MES给PLC下发工单，过程可参考下图：

具体握手过程为：

1)       PLC在PLC_MSG写入请求数据，如工位，同时将REQUEST_SENT置位。

2)       MES扫描到REQUEST_SENT，读取PLC_MSG，然后生成工单数据，并写入MES_MSG，同时将RESPONSE_SENT置位。

3)       PLC扫描RESPONSE_SENT，读取MES_MSG并写入本地数据块，然后将REQUEST_SENT和PLC_MSG复位。

4)       MES将所有数据和控制位复位。

我们可以看出，整个数据交换的过程只发生了1个来回，即1-2步，而3-4步是将消息销毁的动作。

这种方式还有一个特点，就是封装性好，同样一个接口，既可以下发工单，也可以上传过站数据，区别在于PLC_MSG/MES_MSG里存储的数据内容不一样。

方式4：请求-响应机制，2次握手

同样是发动机上线的例子，过程可参考下图：

具体握手过程为：

1)       PLC在PLC_MSG写入请求数据，如工位。

2)       PLC将REQUEST_SENT置位。

3)       MES扫描到REQUEST_SENT，读取PLC_MSG，然后发送REQUEST_RECEIVED。

4)       MES生成工单数据，并写入MES_MSG。

5)       MES将RESPONSE_SENT置位。

6)       PLC扫描RESPONSE_SENT，读取MES_MSG并写入本地数据块，然后将RESPONSE_RECEIVED置位。

7)       MES扫描RESPONSE_RECEIVED，将所有数据和控制位复位。

8)       PLC将本地数据和控制位复位。

我们可以看出，整个过程相当于进行了2次握手，其中1-3步是第1次握手，用于接收请求；4-8步是第2次握手，用于下发数据。

我们可以看出，方式4比方式3繁琐很多，但是这种方式在实际项目中用得还非常多。这是因为完整响应时间可能多达数秒，而PLC的扫描周期只有几十毫秒，中间多出的状态位可以作为状态指示缓解工人等待的焦虑，也可以作为断点方便通信调试。

方式5：基于工位生产周期

在一些工位，会有多个关键的业务过程，比如发动机上线工位先上线，然后装配，最后发送过站记录。

那么在一个完整的工位生产周期中，PLC需要和MES做2次数据交换，第1次下载工单，第2次上传过站记录，如下图所示：

具体握手过程为：

1)       发动机到达，PLC给ENGINE_ARRIVAL置位。

2)       PLC检查托盘、设备、物料，条件具备后将STATION_READY置位。

3)       MES将STATION_READY_RECEIVED置位。

4)       MES将工单数据写入MES_DATA。

5)       MES将MES_DATA_SENT置位。

6)       PLC将MES_DATA写入本地数据块，并将MES_DATA_RECEIVED置位。

7)       MES复位IT侧所有数据和状态位。

8)       PLC开始本工位的装配作业，并将发动机序列号写入ENGINE_SN。

9)       PLC装配完成后，PLC将PLC_COMPLETE置位。

10)   MES将PLC_COMPLETE_RECEIVED置位。

11)   MES执行过站逻辑，完成后将MES_COMPLETE置位。

12)   PLC将MES_COMPLETE_RECEIVED置位。

13)   MES复位IT侧所有数据和状态位。

14)   发动机准备离开，PLC将ENGINE_LEAVE置位。

15)   PLC复位所有数据和状态位。

我们可以看到，此方式非常繁琐，但是优点是：

1)       生产周期中的关键状态都有体现，可以很方便地通过HMI进行监控。

2)       PLC状态对应于实际的生产执行情况，发生问题时容易追踪。

3)       程序出错时，可以很直观地看到通信执行到哪一步。

另外，我们还应理解，下载工单和上传过站记录都只是完整生产周期的一部分，并且有内在的逻辑联系，比如：在装配的过程上发现缸体有问题，需要换一个缸体上线，此时由于MES还没有接收到过站记录，因此即使在第2次接收到STATION_READY信号时，MES下发的仍旧是同一个工单，这样就可以有效避免工单和发动机序列号的损失。