WO2018095237A1 - 基于mes的热处理智能系统及其控制方法 - Google Patents

基于mes的热处理智能系统及其控制方法 Download PDF

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吴远峰
张贵一
肖海朋
平昊
陈浩
彭明峰
张小龙
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上海航天精密机械研究所
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a heat treatment system, in particular to a heat treatment intelligent system based on MES and a control method thereof.
  • the object of the present invention is to provide an MES-based heat treatment intelligent system and a control method thereof, which are applied to the dispatch control in the actual production of the workshop.
  • An intelligent system based on MES heat treatment includes an industrial computer, a switch, four sets of instruments, a Webservice interface, an EF-FC database, and an MES system;
  • the industrial computer includes 4 sets of working instruments and meters for controlling the workshop site;
  • the switch is used for data transmission of an industrial computer and 4 sets of working instruments
  • the meter is used for: parameter control of temperature, time and the like in the heat treatment field;
  • the Webservice interface is configured to provide an API interface that can be invoked through the Web, allowing other systems to access specific service logic and services of the system through the interface, and implementing data communication between different systems;
  • the EF-FC database is used for processing, data transmission, storage, and the like of data information
  • the MES system is used for resource configuration and status display, production unit (expressed in the form of tasks, orders, batches, and work orders) scheduling, data collection and acquisition, quality management, maintenance management, performance analysis, operational detail planning and Scheduling, file or document control, labor management, process management, product tracking, etc.
  • the heat treatment information integrated control system (the integration of the centralized control system and the MES system) can be divided into three layers from the hardware: the equipment layer of the site, the centralized control layer, and the information management layer.
  • the hardware of the field device layer comprises a temperature control table and a three-phase power controller.
  • the hardware of the centralized control layer comprises an expert report integration system, a communication collection interface machine, a web server, a control layer B/S client, a serial port server, a communication management machine, a control PLC, and the like.
  • Web server is a server that provides basic platform for information publishing, data query, data processing and other applications based on HTTP in the network. Its main function is to provide online information browsing service; expert report integration system is used for interface customization and concentration. Monitoring system workflow, furnace processing mode, operator submitting pending report mode, finished product form query, parameter detailed record query, other mode processing, generating report.
  • the hardware device of the information management layer comprises: a B/S client and an MES server.
  • the communication collection interface machine comprises a distributed data acquisition device, an industrial protocol conversion gateway, a power communication server or a communication front-end machine, and adopts a high-performance embedded computing platform, which can realize data collection and data concentration of multiple different subsystems. Convergence, classification, and pre-processing, and data forwarding for platform systems such as multiple upper-level scheduling.
  • the industrial firewall is also included. Due to the security problem, the device layer and the MES layer network cannot be shared, and the bottom device adopts the modbus protocol, and a force-controlled security isolation gatekeeper is set to isolate and filter the security and mutual data transmission. .
  • control method of the heat treatment intelligent system according to claim 1, comprising the steps of:
  • the data generated by the field device is sent to the collection station via the communication management machine, and finally enters the historical service station of the centralized control system;
  • the expert report system organizes it into a report file for access by the B/S client of the control layer;
  • the report file system provides a special URL to enter the information management MES system through the security isolation gatekeeper for the information management B/S client to access;
  • the S4, the information management layer B/S client, and the B/S client command of the control layer can also reach the field device.
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • the heat treatment intelligent system of the invention compensates for the fault between the heat treatment production process and the MES system, so that the management can directly view the on-site production process, and the on-site production data can be effectively fed back to the management layer to facilitate the scheduling of the heat treatment process;
  • the system optimizes the production structure of the workshop, effectively improves the management level of the workshop and accelerates the construction process of the digital workshop.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a heat treatment intelligent system based on MES.
  • Figure 2 is an expert report of a MES-based heat treatment intelligent system.
  • the invention discloses an MES-based heat treatment intelligent system and a control method thereof.
  • the integrated mode of the system is an intermediate file indirect (URL mode) integration mode
  • the system architecture mode is a B/S structure mode, adopting “based on an intermediate file+
  • the architecture of the WebService" information integration platform integrates the heat treatment system with the MES system.
  • an MES-based heat treatment intelligent system includes an industrial computer, a switch, four sets of instruments, a Webservice interface, an EF-FC database, and an MES system;
  • the industrial computer includes 4 sets of working instruments and meters for controlling the workshop site;
  • the switch is used for data transmission of an industrial computer and 4 sets of working instruments
  • the meter is used for: parameter control of temperature, time and the like in the heat treatment field;
  • the Webservice interface is configured to provide an API interface that can be invoked through the Web, allowing other systems to access specific service logic and services of the system through the interface, and implementing data communication between different systems;
  • the EF-FC database is used for processing, data transmission, storage, and the like of data information
  • the MES system is used for resource configuration and status display, production unit (expressed in the form of tasks, orders, batches, and work orders) scheduling, data collection and acquisition, quality management, maintenance management, performance analysis, operational detail planning and Scheduling, file or document control, labor management, process management, product tracking, etc.
  • the heat treatment information integrated control system (the integration of the centralized control system and the MES system) can be divided into three layers according to functions: the equipment layer of the site, the centralized control layer, and the information management layer.
  • the hardware of the field device layer includes: a temperature control table and a three-phase power controller.
  • the hardware of the centralized control layer includes: an expert report integration system, a communication collection interface machine, a web server, a control layer B/S client, a serial port server, a communication management machine, and a control PLC.
  • Web server is a server that provides a basic platform for information publishing, data query, data processing and other applications based on HTTP in the network. Its main function is to provide online information browsing service.
  • Expert report integration system the main functions are: interface customization, centralized monitoring system workflow, furnace processing mode, operator submitting pending report mode, finished product table query, parameter detailed record query, other mode processing, report generation.
  • the hardware device of the information management layer includes a B/S client and an MES server.
  • the communication acquisition interface machine includes a distributed data acquisition device, an industrial protocol conversion gateway, a power communication server or a communication front-end machine.
  • the high-performance embedded computing platform can realize data collection of multiple different subsystems, and data aggregation and classification. And pre-processing, at the same time, data forwarding can be performed on platform systems such as multiple superior scheduling.
  • the industrial firewall is also included. Due to the security problem, the device layer and the MES layer network cannot be shared, and the bottom device adopts the modbus protocol, and a force-controlled security isolation gatekeeper is set to isolate and filter the security and mutual data transmission. .
  • control method of the heat treatment intelligent system according to claim 1, comprising the steps of:
  • Step 1 The data generated by the field device is sent to the collection station via the communication management machine, and finally enters the historical service station of the centralized control system;
  • Step 2 The expert report system organizes the report file into a report file for access by the B/S client of the control layer;
  • Step 3 At the same time, the report file system provides a special URL to enter the information management layer MES system through the security isolation gatekeeper for the information management B/S client to access;
  • step 4 the B/S client command of the information management layer B/S client and the control layer can also reach the field device.
  • the field device layer is the final layer of the heat treatment process data generation and control command, mainly completing the change and conditioning of the input and output signals of the field I/O device or the A/D and D/A conversion functions;
  • the centralized control layer is The control layer of the equipment layer and the monitoring layer of the state and parameters of the equipment layer during the heat treatment process and the generation of the report;
  • the information management layer mainly realizes the processing of the heat treatment process and the query management of the heat treatment process report, and realizes the heat treatment process instruction file and Data file storage, query and other functions.
  • the on-site production real-time data is formed into a fixed format electronic production record report through the centralized control system and stored in the expert report integration system.
  • the MES uses the URL to link access (query, printable); on the other hand, MES
  • the process parameters issued by the system are converted to a specific format record and written directly into the expert report integration system through the Webservice interface.

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Abstract

一种基于MES的热处理智能系统及其控制方法，系统包括工控机(1)、交换机(2)、4套仪表(5,6,7,8)、Webservice接口(9)、EF-FC数据库(10)、MES系统(11)；系统集成的模式为中间文件间接集成模式，系统的架构模式为B/S结构模式，采用"基于中间文件+WebService"的信息集成平台的架构方案，将热处理系统与MES系统(11)进行集成。热处理智能系统弥补了热处理生产过程与MES系统(11)之间的断层，使管理层可以直接查看现场生产过程，同时现场生产数据也能有效地反馈到管理层，便于热处理过程的调度；热处理智能系统优化车间生产结构，有效提高车间的管理水平，加速数字化车间的建设进程。

Description

基于MES的热处理智能系统及其控制方法 技术领域
本发明涉及热处理系统，具体涉及中一种基于MES的热处理智能系统及其控制方法。
背景技术
随着热处理行业的快速发展，成本、效率、质量等问题日益突出，采用先进的管理理念和高效的管理工具势在必行，网络化可以有助于热处理的每个工序实现精确的工艺流程、理想的加工条件以及合理的管理模式，各国对热处理信息化进行了深入研究和应用。而现代化车间架构中，制造网络、MES系统这两部分已经是不可或缺的元素，更是车间生产管控的重要支撑技术。MES作为生产计划层和控制层的纽带，很好的解决了生产调度信息脱节的问题。但是，绝大多数调度系统还处于研究阶段，原型系统也大多由大学或研究机构承担真正应用于实际生产的调度系统并不多，调度方法也还不能有效适应实际生产环境，还需要进一步研究。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一一种基于MES的热处理智能系统及其控制方法，应用于车间实际生产中的调度控制。
根据本发明提供的一种基于MES热处理智能系统，包括工控机、交换机、4套仪表、Webservice接口、EF-FC数据库、MES系统；
所述工控机包括用于控制车间现场的4套工作仪器仪表；
所述交换机用于；工控机与4套工作仪器仪表数据传输；
所述仪表用于：热处理现场温度、时间等参数控制；
所述Webservice接口用于向外界提供了一个能够通过Web进行调用的API接口，允许其他系统通过这个接口访问本系统特定的业务逻辑和服务，实现不同系统之间的数据通讯；
所述EF-FC数据库用于数据信息读取、传输、存储等处理；
所述MES系统用于资源配置和状态显示、生产单元(以任务、订单、批次和工作命令等形式表达)调度、数据采集和获取、质量管理、维护管理、性能分析、运行细节计划编制与调度、文件或文档控制、劳务管理、过程管理、产品跟踪等。
优选地，所述热处理信息集成控制系统(集中控制系统与MES系统的集成)从硬件按功能上可以分为三层：现场的设备层、集中控制层、信息管理层。
优选地，所述现场设备层的硬件包括温控表、三相功率控制器。
优选地，所述集中控制层的硬件包括专家报表集成系统、通讯采集接口机、Web服务器、控制层B/S客户端、串口服务器、通讯管理机、控制PLC等。Web服务器是在网络中信息提供基于HTTP的为实现信息发布、资料查询、数据处理等诸多应用搭建基本平台的服务器，其主要功能是提供网上信息浏览服务；专家报表集成系统用于接口定制、集中监控系统工作流程、并炉处理方式、操作员提交待检报表模式、成品表格查询、参数详细记录查询、其他模式处理、生成报表。
优选地，所述信息管理层的硬件设备包括：B/S客户端、MES服务器。
优选地，通讯采集接口机包括分布式数据采集装置、工业协议转换网关、电力通讯服务器或通讯前置机，采用高性能的嵌入式计算平台，可实现多个不同子系统的数据采集，数据集中汇聚、分类和预处理，同时可对多个上级调度等平台系统进行数据转发。
优选地，还包括工业防火墙，由于安全的问题，设备层与MES层网络不能共享，且底层设备均采用modbus协议，设置了一台力控安全隔离网闸,起到隔离过滤安全互传数据作用。
根据权利要求1所述的热处理智能系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、现场设备产生的数据经通讯管理机到采集站，最后进入集控系统的历史服务站；
S2、专家报表系统将其整理成报表文件，供控制层的B/S客户端访问；
S3、同时报表文件系统提供专门的URL经安全隔离网闸进入信息管理层的MES系统，供信息管理层B/S客户端访问；
S4、信息管理层B/S客户端、控制层的B/S客户端指令亦可下达到现场设备。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的热处理智能系统弥补了热处理生产过程与MES系统之间的断层，使管理层可以直接查看现场生产过程，同时现场生产数据也能有效地反馈到管理层，便于热处理过程的调度；热处理智能系统优化车间生产结构，有效提高车间的管理水平，加速数字化车间的建设进程。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是一种基于MES的热处理智能系统的结构示意图。
图中：1-工控机，2-交换机，3-网关，4-RS485，5-仪表1，6-仪表2，7-仪表3，8-仪表4，9-Webservice接口，10-EF-FC数据库，11-MES系统，12-信息层浏览器。
图2是一种基于MES的热处理智能系统的专家报表。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种基于MES的热处理智能系统及其控制方法，该系统集成的模式为中间文件间接(URL方式)集成模式，系统的架构模式为B/S结构模式，采用“基于中间文件+WebService”的信息集成平台的架构方案，将热处理系统与MES系统进行集成。
具体的，如图1所示，根据本发明提供的一种基于MES的热处理智能系统，包括工控机、交换机、4套仪表、Webservice接口、EF-FC数据库、MES系统；
所述工控机包括用于控制车间现场的4套工作仪器仪表；
所述交换机用于；工控机与4套工作仪器仪表数据传输；
所述仪表用于：热处理现场温度、时间等参数控制；
所述Webservice接口用于向外界提供了一个能够通过Web进行调用的API接口，允许其他系统通过这个接口访问本系统特定的业务逻辑和服务，实现不同系统之间的数据通讯；
所述EF-FC数据库用于数据信息读取、传输、存储等处理；
所述MES系统用于资源配置和状态显示、生产单元(以任务、订单、批次和工作命令等形式表达)调度、数据采集和获取、质量管理、维护管理、性能分析、运行细节计划编制与调度、文件或文档控制、劳务管理、过程管理、产品跟踪等。
所述热处理信息集成控制系统(集中控制系统与MES系统的集成)从硬件按功能上可以分为三层：现场的设备层、集中控制层、信息管理层。
所述现场设备层的硬件包括：温控表、三相功率控制器。
所述集中控制层的硬件包括：专家报表集成系统、通讯采集接口机、Web服务器、控制层B/S客户端、串口服务器、通讯管理机、控制PLC等。Web服务器是在网络中信息提供基于HTTP的为实现信息发布、资料查询、数据处理等诸多应用搭建基本平台的服务器，其主要功能是提供网上信息浏览服务。专家报表集成系统，主要功能有：接口定制、集中监控系统工作流程、并炉处理方式、操作员提交待检报表模式、成品表格查询、参数详细记录查询、其他模式处理、生成报表。
所述信息管理层的硬件设备包括B/S客户端、MES服务器。
通讯采集接口机包括分布式数据采集装置、工业协议转换网关、电力通讯服务器或通讯前置机，采用高性能的嵌入式计算平台，可实现多个不同子系统的数据采集，数据集中汇聚、分类和预处理，同时可对多个上级调度等平台系统进行数据转发。
优选地，还包括工业防火墙，由于安全的问题，设备层与MES层网络不能共享，且底层设备均采用modbus协议，设置了一台力控安全隔离网闸,起到隔离过滤安全互传数据作用。
根据权利要求1所述的热处理智能系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，现场设备产生的数据经通讯管理机到采集站，最后进入集控系统的历史服务站；
步骤2，专家报表系统将其整理成报表文件，供控制层的B/S客户端访问；
步骤3，同时报表文件系统提供专门的URL经安全隔离网闸进入信息管理层的MES系统，供信息管理层B/S客户端访问；
步骤4，信息管理层B/S客户端、控制层的B/S客户端指令亦可下达到现场设备。
本具体实施中现场设备层是热处理过程数据的产生和控制指令最终的作用层，主要完成现场I/O设备输入输出信号的变化与调理或者A/D、D/A转换功能；集中控制层是对设备层进行控制调节以及设备层在热处理过程中状态和参数的监控层以及报表的生成；信息管理层主要实现热处理过程工艺文件的下发以及热处理过程报表的查询管理，实现热处理过程指令文件和数据文件的存储、查询等功能。
一方面，现场的生产实时数据经过集中控制系统后形成固定格式的电子生产记录报表存放在专家报表集成系统中，MES通过URL的方式进行链接访问(可查询、可打印)；另一方面，MES系统下达的工艺参数转为特定格式记录直接通过Webservice接口写入专家报表集成系统。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

  1. 一种基于MES热处理智能系统，其特征在于，包括工控机、交换机、4套仪表、Webservice接口、EF-FC数据库、MES系统；
    所述工控机包括用于监控车间现场的4套工作仪器仪表；
    所述交换机用于工控机与4套工作仪器进行仪表数据传输；
    所述仪表用于热处理现场参数控制；
    所述Webservice接口用于向外界提供了一个能够通过Web进行调用的API接口，允许其他系统通过这个接口访问本系统特定的业务逻辑和服务，实现不同系统之间的数据通讯；
    所述EF-FC数据库用于数据信息读取、传输、存储等处理；
    所述MES系统用于资源配置和状态显示、生产单元调度、数据采集和获取、质量管理、维护管理、性能分析、运行细节计划编制与调度、文件或文档控制、劳务管理、过程管理、产品跟踪。
  2. 根据权利要求1所述的基于MES热处理智能系统，其特征在于，从硬件按功能上可以分为三层：现场的设备层、集中控制层、信息管理层。
  3. 根据权利要求2所述的基于MES热处理智能系统，其特征在于，现场设备层的硬件包括温控表、三相功率控制器。
  4. 根据权利要求2所述的基于MES热处理智能系统，其特征在于，集中控制层的硬件包括专家报表集成系统、通讯采集接口机、Web服务器、控制层B/S客户端、串口服务器、通讯管理机、控制PLC。
  5. 根据权利要求2所述的基于MES热处理智能系统，其特征在于，信息管理层的硬件设备包括B/S客户端、MES服务器。
  6. 根据权利要求4述的基于MES热处理智能系统，其特征在于，通讯采集接口机包括分布式数据采集装置、工业协议转换网关、电力通讯服务器或通讯前置机，采用高性能的嵌入式计算平台，可实现多个不同子系统的数据采集，数据集中汇聚、分类和预处理，同时可对多个上级调度等平台系统进行数据转发。
  7. 根据权利要求2述的基于MES热处理智能系统，其特征在于，还包括工业防火墙，设备层与MES层网络不能共享，且底层设备均采用modbus协议，设有一力控安全隔离网闸,起到隔离过滤安全互传数据作用。
  8. 根据权利要求1所述的基于MES热处理智能系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
    S1、现场设备产生的数据经通讯管理机到采集站，最后进入集控系统的历史服务站；
    S2、专家报表系统将其整理成报表文件，供控制层的B/S客户端访问；
    S3、同时报表文件系统提供专门的URL经安全隔离网闸进入信息管理层的MES系统，供信息管理层B/S客户端访问；
    S4、信息管理层B/S客户端、控制层的B/S客户端指令亦可下达到现场设备。
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