Pesquisa e aplicação de integração de dados em MES de indústria de processo

Atualmente, o sistema integrado de automação da indústria de processos é composto por sistema de planejamento de recursos empresariais (ERP), sistema de execução de fabricação (MES) e sistema de controle de processo (PCS).             Arquitetura composta por três sistemas de suporte. O ERP é responsável pela decisão de negócios e planejamento de produção do empreendimento; O MES é responsável pela programação da produção empresarial e pela otimização do processo do sistema; PCs é responsável pelo controle do processo de produção. A maioria das indústrias de processo tem sistemas de controle subjacentes, e muitas empresas também implementaram sistemas ERP. No entanto, ainda falta uma comunicação efetiva entre gestão e controle. O MES é o elo chave do sistema de automação integrado da indústria de processos.

Ele desempenha um papel de conexão em todo o sistema de automação integrado da indústria de processos e é a ponte de integração de informações das atividades de produção e gerenciamento da empresa. É muito necessário planejar uniformemente os dados para todo o processo de produção e implementação a partir da perspectiva da situação geral da empresa. A integração de dados é a base do subsistema funcional do MES. De acordo com as características e importância do módulo de integração de dados, este artigo propõe um método de integração de dados baseado em plataforma de dados.                            I. importância e dificuldade da integração de dados no MES             1. Importância da integração de dados MES                            O MES coleta os dados de produção e operação, integra os dados de armazenamento de matérias-primas e produtos, integra as informações de status dos equipamentos e combina, resume, padroniza, compara e analisa essas informações. Por um lado, fornece a base para o planejamento e programação da produção e, por outro lado, também fornece informações de referência oportunas, confiáveis ​​e precisas para a tomada de decisões de produção e operação do ERP.             A integração de dados é a base para a implementação do MES. Ele resume e processa a produção e operação, qualidade do produto, matéria-prima e transporte do produto, consumo de energia e outros dados da camada de PCs, de modo que as informações em tempo real do processo de produção inferior e todos os tipos de informações do recurso superior da empresa gerenciamento são integrados na camada MES, e o agendamento ou instruções como controle ótimo, agendamento ótimo e tomada de decisão ótima são formados por meio da integração de informações. Ao mesmo tempo, o módulo de integração de dados também é responsável por transmitir alguns dados no sistema superior (como valor de otimização, valor definido, etc.) para PCs.             2 dificuldades na integração de dados MES                            As empresas de processo têm processos de produção complexos, amplas fontes de dados, diversos métodos de coleta e armazenamento de dados, e os sistemas de controle subjacentes são fechados entre si, e há grandes diferenças nas redes, sistemas e bancos de dados usados.

Como realizar a integração abrangente de dados de redes heterogêneas, sistemas heterogêneos e bancos de dados heterogêneos é a maior dificuldade na integração de dados MES.             II. Recursos e funções da plataforma de dados             Um   Proposta de plataforma de dados                            O desenvolvimento e operação do sistema de aplicativos de computador tradicional é baseado diretamente no sistema operacional, rede e sistema de banco de dados. Devido à forte dependência do sistema aplicativo acima do ambiente de suporte subjacente, o sistema aplicativo e o ambiente integrado carecem de boa abertura e portabilidade. Ao mesmo tempo, também é difícil resolver o problema de integração de informações heterogêneas e ambiente heterogêneo, o que afeta o benefício geral do sistema aplicativo. Portanto, a integração baseada em plataforma de dados é proposta.             Dois   Estrutura da plataforma de dados                            A plataforma de dados em tempo real RTDP (ou seja, banco de dados em tempo real) realiza as funções de coleta de dados em tempo real no local, gerenciamento, arquivamento histórico, manutenção, anotação e geração de alarmes, gravação de eventos, sincronização de tempo e assim por diante. Ao mesmo tempo, como plataforma em execução, fornece serviços de dados históricos / em tempo real para vários softwares de aplicativos executados nele.

Sua estrutura geral é mostrada na Figura I.

Três   Principais funções da plataforma de dados                                        (1) Função de comunicação de dados: ele se comunica principalmente com software de monitoramento, programas aplicativos e vários bancos de dados através de interfaces OPC, DDE e ODBC para ler os dados mais baixos na plataforma de dados em tempo real; As informações de comando da camada superior são enviadas de volta ao sistema correspondente por meio dessas interfaces.                            (2) Processamento de entrada e saída de dados: processa os dados que entram na plataforma de dados em tempo real. Como conversão de formato de dados, conversão de intervalo, configuração de alarme, estatísticas de dados, arquivamento de dados históricos, etc.                            (3) Monitoramento e reconexão da rede: para garantir a transmissão normal dos dados, a plataforma de dados em tempo real deverá ter a função de fácil monitoramento da rede e reconexão automática. Quando a rede falha, pode avisar ou alarmar a tempo. Quando a rede se recupera, ela pode detectar e se reconectar automaticamente.                 (4) Manutenção, configuração e consulta on-line: para garantir a continuidade dos dados, a plataforma de dados em tempo real deverá fornecer a função de manutenção on-line; Pode ser configurado de acordo com diferentes requisitos dos usuários; Forneça a função de consulta.                            (5) Garantia de segurança dos dados: como a plataforma de dados envolve a conexão com o sistema de controle inferior e relacionado à produção de informações da empresa, podendo também estar conectado à Internet, deve ser estabelecido um mecanismo de segurança para impedir absolutamente a operação não autorizada e garantir a segurança de todo o sistema de informação.             Terceiro, o modelo de estrutura de integração de dados com base na plataforma de dados em tempo real                 Considerando as características da integração de dados real, é proposto um modelo de integração de dados conforme mostrado na Figura 2. À direita está a divisão de três níveis do modelo de integração e à esquerda está o relacionamento correspondente com o modelo de integração de informações corporativas de três níveis.

Toda a estrutura é dividida principalmente em três níveis:                            (1) A camada inferior é a camada de ambiente, que se refere a várias redes de controle especial e ambiente de rede Ethernet industrial baseado em vários fieldbus, DCS, vários sistemas operacionais e vários sistemas de banco de dados. Ele pode fornecer serviços de dados em tempo real e não em tempo real para a camada superior e fornecer várias interfaces de dados (como OPC,             ODBC, DDE, CORBA, etc.) é o intermediário entre a plataforma de dados e o dispositivo inferior para troca de informações.                            (2) A camada intermediária é a camada de plataforma de dados. Por um lado, ele usa métodos correspondentes para se comunicar com ele de acordo com a interface fornecida pela camada inferior para completar as funções de serviço, como integração e gerenciamento de dados, serviço de dados e comunicação de rede. Quando há instruções de agendamento e otimização da camada superior, elas são transformadas em dados correspondentes e enviadas ao sistema correspondente; Por outro lado, fornece alguns serviços públicos de suporte de integração para a aplicação superior, forma os dados da camada inferior em um formato unificado e fornece informações em tempo real e não em tempo real para outros módulos da camada MES (como real -monitoramento de dados de tempo, simulação de processos, programação de produção, análise de dados, gestão de equipamentos, rastreamento de estoque, controle de qualidade, controle de otimização, etc.) e ERP da camada superior.                 (3) A camada superior é a camada de aplicação, que inclui outras funções no MES, exceto a função de aquisição de dados, bem como algumas funções relacionadas ao ERP.                                As características da integração de dados com base na plataforma de dados são as seguintes:                            (1) O compartilhamento de dados e a integração de aplicativos entre diferentes sistemas de aplicativos podem ser realizados por meio da plataforma de dados. A plataforma de dados fornece um ambiente de integração unificado para outros módulos em MES e ERP superior, o que é conveniente para desenvolvimento e integração de aplicativos.                            (2) Abertura. DDE, ODBC, web, OPC e outras interfaces padrão realizam a conexão entre MES e outros aplicativos e Internet/Intranet, e fornecem recursos de sistema unificados e recursos compartilhados para desenvolvimento de aplicativos.

(3) Transparência. Com base na integração de dados da plataforma, o trabalho de desenvolvimento é simplificado. Os desenvolvedores podem desenvolver diretamente para a plataforma sem considerar a estrutura ou o modo de comunicação dos dados subjacentes. Todos esses trabalhos são completados pela plataforma de dados.                            (4) A plataforma de dados fornece funções compartilhadas, como gerenciamento de dados, serviço de dados e comunicação de rede, e suporta uma variedade de serviços de aplicativos ao mesmo tempo, o que pode encurtar o ciclo de desenvolvimento do sistema de informação, melhorar a eficiência do desenvolvimento e realizar de forma mais eficaz a integração da estrutura de três camadas da empresa.             IV. análise de caso de integração                 Partindo da situação atual de uma planta de coqueria, este artigo analisa como usar a plataforma de dados em tempo real para atingir o objetivo de integração.             1 status do sistema existente                            Toda a planta possui 8 sistemas de monitoramento de produção em nível de oficina (doravante denominados subsistemas), incluindo sistema totalmente automático de preparação de carvão, sistema de monitoramento de produção de coque, sistema de monitoramento de produção de estação de entrega de pressão de gás, sistema de monitoramento de produção de caldeira e gerador de turbina a vapor, pico de fonte de gás sistema de monitoramento de produção de estação de barbear, sistema de monitoramento de produção de estação bioquímica, sistema de monitoramento de produção de soprador de gás e sistema de automação integrado de fornecimento e distribuição de energia; Existem três sistemas de pesagem: balança de caminhão, balança ferroviária e balança de torre de carvão; Existem dois sistemas descontínuos: identificação do número do forno empurrador de coque e medição da temperatura do forno de coque. Para fazer pleno uso dos recursos existentes e realizar o compartilhamento de recursos, é necessário realizar a integração de informações de 13 subsistemas, estabelecer uma rede de gerenciamento de produção cobrindo todos os sistemas de monitoramento de toda a planta, concluir a construção e desenvolvimento do sistema de programação de gerenciamento de produção (doravante denominado sistema de agendamento), e realizar o monitoramento e gerenciamento centralizado dos dados de produção de toda a planta pelo centro de agendamento.                 Como o desenvolvimento de toda a planta passou por décadas, existem grandes diferenças em vários sistemas do antigo para o novo, refletidos principalmente nos seguintes aspectos.                 (1) Plataforma de hardware. Existem vários tipos de computadores: estação de trabalho, computador pessoal, computador industrial e servidor; Do ponto de vista da rede de comunicação, existem porta serial, fieldbus, rede de controle industrial, LAN, etc.                 (2) Sistema operacional. Existem quatro tipos de Windows 98, Windows NT, Windows 2000 e Windows XP.                 (3) Banco de dados. Existem banco de dados de texto (AXT), acesso, SQLSERVER7.0, sqlserver2000,             Paradoxo 5.0, Excel, etc.                 (4) Ferramentas de desenvolvimento: linguagem assembly, turboC, VC, VB, Delphi, etc.                 Portanto, a dificuldade na integração do sistema é como unificar as informações com base em vários ambientes heterogêneos (redes heterogêneas, sistemas operacionais heterogêneos, bancos de dados heterogêneos, etc.) para atender aos requisitos de integração.             2 método de integração do sistema                 De acordo com as características do sistema a ser integrado, adotamos o método de integração baseado no modelo de integração acima. A estrutura de rede adota a LAN centrada no switch. A troca de informações específicas de cada parte é a seguinte:                            (1) sistema de preparação de carvão totalmente automático, sistema de monitoramento de produção de coque, sistema de monitoramento de produção de estação de entrega de pressão de gás, sistema de monitoramento de produção de gerador de caldeira e turbina a vapor, sistema de monitoramento de produção de estação de corte de pico de fonte de gás, sistema de monitoramento de produção de estação bioquímica, monitoramento de produção de soprador de gás sistema e sistema integrado de automação de fornecimento e distribuição de energia são fornecidos com servidor OPC e interface OPC padrão,