一种制造执行系统的开发及其应用

引 言

    流程工业的计算机集成制造系统采用基于ERP/MES/PCS 三层结构体系是当今过程综合自动化的发展趋势。但是，对于大多数中小企业来说，建立完整的ERP/MES/PCS 系统难度较大，特别是ERP 系统。因此，从实用的角度出发，开发适合中小企业的过程综合自动化系统就显得很有意义。
    本文介绍的过程综合自动化系统重点放在MES/PCS 层，但具有与上层ERP 软件交换信息的能力，在MES 层的功能开发上不求大而全，注重简洁、实用，满足实际的需求即可。此外，系统具有很强的灵活性和扩充能力，兼容性好，集成能力强，企业可以根据今后的发展规划和资金状况逐步增加系统的功能。该系统在某工厂得到了实际应用，取得了显著的应用效果。

2 MES 的结构体系

    1）总体结构

    总体结构如图1 所示，PCS 层主要是基础过程控制系统（PCS）。如FCS（现场总线控制系统）、DCS，PLC 以及单（多）回路调节器等现场控制单元，且通常是多种控制系统混合并存的局面。

图1 MES 系统总体结构原理图

    MES 层采用以经济指标为目标的过程优化技术、先进控制技术、过程管理技术、多媒体技术和工业信息技术等， 主要具有如下子系统： 过程管理、生产计划、调度排产、销售管理、多媒体视频与远程监控、远程设备监测与诊断、过程优化、先进控制、无线手机短信报警、设备管理、OPC 服务器等子系统，对生产运行状况进行整体的监控、优化、调度与管理，对财、物资源进行合理配置。

    系统采用以太网连接各个基础控制系统，并通过OPC 现场通信服务器采集实时生产数据，送入MES 层的实时数据平台，中心控制室具有控制中心（服务器）、数据库服务器等，必要时还配有工程师站、操作站等，系统软件运行在中控室的多个服务器上。

    2）系统的开发及其功能描述

    各种服务器、客户端运行在Windows2000/XP/NT4.0 操作系统上，数据库系统为SQL2000。该系统采用了COM/DCOM 组件技术和多层分布式客户/服务器技术实现软件的组件化，实现了以实时数据平台为核心，各个应用服务器的分布式应用。整个系统的开发工具为VC6.0，下面分别说明：

    (1)实时数据平台运行于控制中心（服务器），负责现场实时数据的采集、存储、归档、维护、下写，报警生成， 事件记录， 时间同步等。支持ODBC 接口、OPC 接口，设备通信驱动。开发上采用了COM/ DCOM 分布式组件技术，接口软件采用进程外组件的方式，可以在网络环境下与其他客户端进行有效的通信。

    (2)监控组态该软件分为组态和监控两部分，具有工艺画面组态及运行监控功能。此外，软件支持VBA，Flash，具有丰富生动的动画制作功能。

    (3)OPC 服务器现场数据采集服务器，作为数据接口，实现与多种控制系统的实时数据连接。

    (4)设备管理主要为车间设备的库存、采购、更换、维护提供方便。

    (5)过程管理具有工艺数据的记录、分析、整理、工艺性能指标的计算等功能，是对生产过程的正常运行提供操作指导的支持系统。

    (6)过程优化对生产过程进行优化计算，给出最佳的工艺参数，具有计算、建模与仿真功能。

    (7)先进控制拥有预测控制、鲁棒PID、模糊控制等选件，其他先进控制软件也可以通过标准接口方便地接入。

    (8)远程监控可以通过Internet 网，在异地接入自动化系统，达到远程监控的目的，上网方式：电话线拨号、无线GPRS 等。

    (9)多媒体视频监控通过视频服务器，可以在与控制中心连接的任何一台操作站上查看现场的视频和声音图像，也可在远程实现。

    (10)远程设备监控与诊断基于Web 服务器方式，通过公共数据网络和Internet 在远程和异地对控制系统设备进行设备的监测、维护。

    (11)无线手机短信报警系统一些重要的工艺参数报警信息可以短信的方式发送到指定手机上，发送形式可以是单个，多个，也可以群发，还可以根据报警信息的优先级别选择性发送。

    (12)生产计划与调度排产采用MILP 或其他优化计算方法，对生产计划与调度进行优化计算，使车间的物质资源始终处于比较合理的配置状态。

    (13)销售管理这里不是ERP 层的对外销售系统，而是企业内部的交易管理系统，目的是便于成本的核算。

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