解決真空退火爐工藝參數與MES系統數據傳輸問題的措施分析

宋天林

新疆眾和股份有限公司 新疆 烏魯木齊 830013

引言

隨著科學技術的發展、微型計算機的推動以及工業4.0推出，工藝數據的采集和檢測已成為提高產品質量、檢測設備狀態的重要手段。企業對設備自動化水平要求不斷提高，以代替傳統的人工操作，相對新設備而言，舊設備自動化改造出現各種各樣的問題。

鋁箔公司現有真空退火爐幾十臺，每臺退火爐的爐內溫度、物料溫度、爐內壓力、爐內真空度、電流大小和設備狀態等工藝參數的采集、預測與分析是我公司需首要解決的問題。為解決此問題，將參數一并上傳至MES系統，實現參數自動化控制。但由于現有設備多樣化，不同功能儀表輸出的數據類型也不相同，有模擬量、數字量，還有沒有輸出功能的儀表，對設備的升級形成了不小的阻礙。

1 工程概況

1.1 MES系統介紹

MES系統即制造企業生產過程執行系統，是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統。MES提供包括生產數據管理、計劃排程管理、生產調度管理等底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊，為企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺[1]。

1.2 現場情況介紹

真空退火爐是很常見的退火設備。每臺設備的許多工藝（設備）參數都需要記錄，以保證產品的合格率。以往這些設備參數都由操作工定時記錄，難免遺漏或者缺失，造成整個生產過程不可追溯。如果將這些數據上傳至MES系統就可以避免數據的遺漏，錯誤等問題。同時提高數據準確性、提高產品質量穩定性、降低操作工勞動強度。

2 基本原理

需要上傳的工藝（設備）參數有電流，真空度，爐內壓力，控溫溫度，物料溫度及設備狀態。每臺真空退火爐的儀表輸出的類型也不相同，甚至也有沒輸出功能的儀表。每個參數對應的儀表輸出有3路電流（輸出0～20mA），1路真空度（接口RS232），1路爐內壓力（輸出4～20mA），4路控溫溫度（輸出0～5V），4路物料溫度（無輸出）。

為了方便采集這些數據，本文采用以工業微型計算機為數據處理中心，RS485總線通信方式獲取個儀表數據，工業微型計算機在通過TCP/IP協議傳輸到MES系統[2]。

3 解決方案

3.1 基于RS485的Modbus通信設計

Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其他設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。該協議可以使不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。

在Modbus網絡上通信時，協議規定每個控制器需分配唯一的通信地址。通過該協議主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。Modbus協議通信協議格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發送的數據、一錯誤檢測域。

3.2 模擬量轉RS485設計

爐內壓力和電流為電流型模擬量，控溫溫度為電壓型模擬量。DAM3059模塊只能采集電流型模擬量或者電壓行模擬量，通過在控溫表輸出串入250歐姆精密電阻，使其型號轉化為0-20mA電流型模擬量。

3.3 物料溫度及開關量輸入設計

測量爐內物料溫度是保證產品質量的重要檢測手段。本文采用DAM3037采集模塊，最多可以8路溫度數據，同時支持多種熱電偶類型。采用DAM3029D采集模塊采集開關量信號。滿足退火爐物料溫度和開關量信號采集功能，同時具備RS485通信功能[3]。

4 工業組態設計

Visual Basic是一種由微軟公司開發的結構化的、模塊化的、面向對象的、包含協助開發環境的事件驅動為機制的可視化程序設計語言。它源自于BASIC編程語言。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應用程序開發（RAD）系統，可以輕易使用DAO、RDO、ADO連接數據庫，輕松的創建Active X控件，也可以輕松使用VB提供的組件快速建立一個應用程序。

4.1 數據采集接口程序設計

本程序使用MSComm 控件通過串行端口傳輸和接收數據，為應用程序提供串行通信功能。MSComm控件在串口編程時非常方便，程序員不必去花時間去了解較為復雜的API函數。使用該控件通過電腦的RS232口采集工藝（設備）數據。通信串口主要程序如下：

MSComm1.CommPort=1’使用com1口

MSComm1.Settings= “9600,n,8,1”’設置通信參數

MSComm1.PortOpen=Ture’打開串口

4.2 采集系統與MES系統的通信接口設計

本程序與MES系統通信采用的是TCP/IP協議。VB中Winscok控件可以實現工業微型計算機和MES系統數據交換[4]。

5 結束語

通過系統的改造實現了現場工藝數據自動記錄，自動分析的功能。降低了操作工工作強度，穩定詳細地記錄了整個生產工藝數據，同時生成相應的工藝曲線，可以很好地與理論進行對比，提高了研發進度，降低了產品不合格率，為公司間接創造了較大的利益。