引言
食品企業(yè)歷來重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制 ,其中灌裝車間更是如此。在管理信息化方面,以 ERP為代表的管理信息系統(tǒng)近年來在食品生產(chǎn)企業(yè)也開始了大規(guī)模的應(yīng)用。 隨著食品行業(yè)安全生產(chǎn)、質(zhì)量保障體系的標(biāo)準(zhǔn)和食品安全日益嚴(yán)格的規(guī)定等給企業(yè)發(fā)展帶來的壓力 ,要求生產(chǎn)制造商的系統(tǒng)要具備更高的標(biāo)準(zhǔn),更多的功能,用完備嚴(yán)密的系統(tǒng)操作供應(yīng)高標(biāo)準(zhǔn)、的食品[1]。此時(shí)的信息系統(tǒng)很有可能會(huì)成為新的制約瓶頸,在過程自動(dòng)化與管理信息化之間存在數(shù)字鴻溝,導(dǎo)致無法將管理同生產(chǎn)緊密結(jié)合, ERP等管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果大打折扣,甚至導(dǎo)致 ERP系統(tǒng)實(shí)施失敗。生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES) , 正是打通這一瓶頸不可或缺的手段。

1 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)介紹

1990年,美國(guó)制造研究中心(AMR)提出了 MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))的概念,并將 MES定位為“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的各項(xiàng)車間管理信息系統(tǒng)”[2 ] ,它以當(dāng)前視角 向操作人員和管理人員提供生產(chǎn)過程的全部資源(人員、設(shè)備、材料、工具和客戶要求)的數(shù)據(jù)和信息。 其著是將信息技術(shù)運(yùn)用于改善制造過程。
MES屬于企業(yè)管理應(yīng)用關(guān)鍵的范疇,起源于離散工業(yè),又?jǐn)U散到流程工業(yè)[3 ] ,在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下 ,是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁,與上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)和底層生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)一起構(gòu)成企業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng) ,把業(yè)務(wù)計(jì)劃的指令傳達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息及時(shí)收集、上傳和處理,通過雙向通信,提供整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)以及供應(yīng)鏈中以任務(wù)作為關(guān)鍵因素的信息。

2 灌裝車間 MES構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

某飲料廠灌裝車間已經(jīng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)控制,其設(shè)備大量使用 Profibus和 CC- Link現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù), 部分設(shè)備具備串行通訊能力(RS2485或 RS2232) ,也有部分設(shè)備不具備通訊功能。 在系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上,為盡可能降低信息化建設(shè)成本,MES將充分利用已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。采用工控計(jì)算機(jī)(PC)的上位機(jī)位于中央控制室,通過以太網(wǎng)( TCP/IP協(xié)議)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器或其它同級(jí)計(jì)算機(jī)通訊[4]。上位機(jī)通過現(xiàn)場(chǎng)總線或串行通訊與現(xiàn)場(chǎng)采集單元和控制單元連接,采集的數(shù)據(jù)生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄,據(jù)此進(jìn)行績(jī)效信息的臺(tái)賬累計(jì),以滿足管理需要。
MES硬件結(jié)構(gòu)，應(yīng)用支持層采用 Delphi結(jié)合 SQL Server開發(fā)。 工控計(jì)算機(jī)通過采集系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,并進(jìn)行采集系統(tǒng)的故障診斷和預(yù)警,再將數(shù)據(jù)提交給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,供分析和查詢。為系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 基于 Profibus總線和 CC- Link的采集系統(tǒng)采用雙機(jī)冗余,在其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí) ,可以生產(chǎn)的正常進(jìn)行[5 ] 。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可靠性

灌裝車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜 ,各種干擾較多 ,為采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性,采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施,并對(duì)采集遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器保存。

2.3.2 數(shù)據(jù)采集
由于采集設(shè)備支持的編程方式各不相同,因此需根據(jù)各自的特點(diǎn)和資源分為以下3種情況編寫數(shù)據(jù)采集模塊。

1)基于普通串行通訊的數(shù)據(jù)采集。串行通訊設(shè)備是進(jìn)行 MES改造過程中復(fù)雜的一部分,且通訊協(xié)議也各不相同。 如部分模擬量和數(shù)字量采用集團(tuán)的ARK214050和 ARK214017模塊采集,通過調(diào)用模塊提供的 DLL動(dòng)態(tài)連接庫(kù)可采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。對(duì)于沒有提供 DLL接口函數(shù)的串行通訊,只能通過單編寫串行通訊控件實(shí)現(xiàn),串行通訊控件需完成初始化、數(shù)據(jù)幀構(gòu)造、差錯(cuò)檢驗(yàn)以及數(shù)據(jù)收發(fā)等過程。

2)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)采集。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線一般采用通訊協(xié)議,支持相應(yīng)總線的設(shè)備廠商一般均提供相應(yīng)的 DLL動(dòng)態(tài)連接庫(kù),上位機(jī)通過硬件適配器,利用基于通訊協(xié)議的接口函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3)數(shù)據(jù)預(yù)處理和故障診斷。采集到現(xiàn)場(chǎng)單元的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和工藝參數(shù)后,還需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。 數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)解包、軟件濾波和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等過程 ;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的故障診斷主要通過對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備和通訊設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)分析 、通訊數(shù)據(jù)幀中冗余碼分析以及利用時(shí)間片等方法實(shí)現(xiàn)。

2. 3. 3 查詢系統(tǒng)
生產(chǎn)信息查詢主要提供對(duì)過程生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線的運(yùn)行
狀態(tài)、工藝數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢,被查詢信息通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集 ,一方面服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng),另一方面遠(yuǎn)程提交給數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,備 MES系統(tǒng) B(Browser)端查詢[7]。查詢時(shí),B端 Web頁面將查詢條件:機(jī)臺(tái)號(hào)、時(shí)間、參數(shù)名稱等,傳送到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器(S端) , S端根據(jù)查詢條件調(diào)用相應(yīng)查詢方法,獲取需要的數(shù)據(jù)集,并返回給 B端 Web頁面。查詢機(jī)臺(tái)運(yùn)行參數(shù)相應(yīng) Hibernate QL的主要實(shí)現(xiàn)代碼:

Query query= session.createQuery("from DownStreame
_A as ds_a where ds_a. station_id= : station_id and ds_a.time > = :starttime") ; //構(gòu)造查詢條件
query. setString("station_id" ,station_id) ; //獲取 jsp頁面
傳入的要查詢的機(jī)臺(tái)
query. setString(" starttime" ,starttime) ; //獲取系統(tǒng)當(dāng)前
時(shí)間
List results= query. list() ; /獲取滿足條件的電流值電機(jī)
轉(zhuǎn)速值數(shù)據(jù)集
再將所得的數(shù)據(jù)集回傳到 J SP頁面,調(diào)用 JfreeChart控件
就可以得到相應(yīng)的實(shí)時(shí)曲線。 主要實(shí)現(xiàn)代碼如下:
/ /接收回傳的滿足條件的數(shù)據(jù)集
public XYDataset createDataset(List downstream) (XY2
Seriesseries= new XYSeries("電流") ;
...
}
public JFreeChart createChart(XYDataset dataset)
{
/ /創(chuàng)建圖表對(duì)象
JFreeChart chart= ChartFactory. createXYLineChart
...
return chart;
}

2.4 實(shí)施效果

用戶通過該系統(tǒng)可以監(jiān)視各設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息值、設(shè)備重要參數(shù)變化趨勢(shì)和實(shí)時(shí)報(bào)警信號(hào)等 ,而管理層可通過數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲得相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 同時(shí),在調(diào)度室放置的大型液晶顯示屏和工控機(jī)采用動(dòng)態(tài)顯示方式顯示運(yùn)行狀況 ,并對(duì)運(yùn)行不正常的設(shè)備進(jìn)行提示。 系統(tǒng)具有強(qiáng)大的綜合查詢功能,可以隨時(shí)對(duì)配方的工藝參數(shù)、生產(chǎn)過程的歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀況以及質(zhì)量情況等進(jìn)行查詢,以便進(jìn)行產(chǎn)品的質(zhì)量跟蹤。

3 結(jié)語

在食品企業(yè)的信息化改造過程中 ,以灌裝車間為應(yīng)用代表,MES的架設(shè)與實(shí)施可以使計(jì)劃與生產(chǎn)密切結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)信息的全面交互和共享,走出傳統(tǒng)的信息“孤島”[8]。放置時(shí)間、有無包裝、處理溫度對(duì)切削韌度的影響均為顯著;交互作用的結(jié)果表明 :放置時(shí)間和有無包裝對(duì)切削韌度的影響顯著。

3 結(jié)論

在5℃、室溫、40℃條件下,隨著時(shí)間的推移,蘋果新鮮程度降低,所測(cè)失重率和切削韌度越來越大;冷藏對(duì)蘋果的保鮮效果很明顯 ,冷藏條件下有薄膜包裝的蘋果和無包裝的蘋果新鮮程度差不多,在室溫和40℃條件下有薄膜包裝的蘋果明顯比無包裝的蘋果新鮮;在5℃,室溫和40℃條件下3種薄膜對(duì)蘋果的保鮮效果差不多;蘋果的放置時(shí)間是影響失重率和切削韌度的主要因素 ,同時(shí)處理溫度也是主要因素之一 ,薄膜包裝能有效減少蘋果中的水分減少。

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