《T_GDPIA 9-2020 数字化工厂 改性塑料制造 制造执行系统与工业网络集成.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《T_GDPIA 9-2020 数字化工厂 改性塑料制造 制造执行系统与工业网络集成.docx（32页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、T/GDPIA92020目录1范围.32规范性引用文件.33术语和定义.34缩略语.65MES功能层次模型.66MES功能结构模型.86.1概述.86.2生产调度功能.96.3生产分配.106.4物料混合任务.106.5物料加工任务.116.6操作管理功能.126.7数据采集功能.126.8生产跟踪功能.126.9生产统计功能.137MES工业网络集成模型.147.1工业网络集成模型.147.2工艺执行.157.3物料输送.157.4质量检测.167.5数据采集.168集成技术.178.1概述.178.2OPC.178.3数据库.189验证模型.199.1概述.199.2生产调度与工业网络集成
2、验证.199.3数据采集与工业网络集成验证.2010现场施工规范.2110.1概述.2110.2线缆选择.2110.3连接硬件选择.2210.4终端电阻.2210.5编码和标记.2210.6接地.2210.7线缆的敷设.22附录A.23T/GDPIA92020数字化工厂改性塑料制造制造执行系统与工业网络集成1范围本标准重点对数字化工厂改性塑料制造执行系统与工业网络集成进行了规范与一般要求。对功能模块与工业网络的集成技术进行了规范，规范了集成数据要求。为保证车间现场工业网络的正常运行，对工厂现场网络实施进行了规范。本标准适应于数字化工厂构建应用模型。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不
3、可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T18729-2011基于网络的企业信息集成规范GB/T20720.1-2006企业控制系统集成第1部分：模型和术语GB/T20720.2-2006企业控制系统集成第2部分：对象模型术语GB/T20720.3-2010企业控制系统集成第3部分：制造运行管理的活动模型GB/T25485-2010工业自动化系统与集成制造执行系统功能体系结构GB/T26336-2010工业通信网络工业环境中的通信网络安装GB/T30030-2013自动导引车术语GB/T32830.1
4、-2016装备制造业制造过程射频识别第一部分：电子标签技术要求及应用规范GB/T34068-2017智能传感器接口规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1数字化工厂digitalworkshop利用数字化定量表述、存储、处理和控制方法，用数据连接改性塑料生产制造过程的不同单元，对改性塑料生产进行规划、协同、管理、诊断和优化，实现改性塑料制造的高效率、低成本、高质量的物理车间组织。3.2改性塑料modifiedplastic以初级形态树脂为主要成分，以能改善树脂在力学、流变、燃烧性、电、热、光、磁等某一方面或某几个方面性能的添加剂或其他树脂等为辅助成分，通过填充、增韧、共混、合金化等技
5、术手段，得到的具有均一外观的材料。3T/GDPIA92020GB/T20352008，定义2.1147，有修改3.3公用数据publicdata在企业活动中产生的信息，除了对于产生信息的活动有影响外，还对其他活动产生一定的影响，包括对于“研发、制造、采购、物流”等活动有部分影响。3.4生产管理productionmanagement企业生产制造活动的管理，包括生产调度、生产分配、操作管理、数据采集、跟踪、统计等功能的实现。3.5调度schedule组织和构造生产工作命令的集合以及与生产相关的先后顺序。3.6跟踪trace通过所有的示例、使用、更改和分派来记录资源和产品属性的活动。GBT2072
6、0.3-2010，定义3.1.19，有修改3.7配送distribution对物料进行拣选、加工、包装等作业，并按时送达指定地点的物流活动。3.8混合mix使两种或多种物料相互分散而达到一定均匀程度的单元操作。3.9加工process通过一定工序和方式将原材料、半成品转化为目标需求的过程的总称。3.10计量metering实现单位统一、量值准确可靠的测量。3.11统计statistics大量数据的收集、分析、解释和表达。3.12成品finishedgoods4T/GDPIA92020已完成所有处理和生产的最终物料。GB/T20720.1-2006，定义3.14，有修改3.13工艺technol
7、ogy产品制造过程按照一定的流程进行的生产活动。GB/T20720.1-2006，定义3.4，有修改3.14连续物料continuousmaterial产品生产过程中连续输送的物料。3.15批次物料batchmaterial产品生产过程中批次输送的物料。3.16自动导引车系统automatedguidedvehiclesystem由自动导引车、上位控制系统、导引系统、通讯系统和充（供）电系统构成的一整套系统的总称。来源：GB/T30030-2013定义2，有修改3.17无线APwirelessaccesspoint使无线设备进入有线网络的接入点。3.18工业相机industrialcamera
8、机器视觉系统中将光信号转变为有序电信号的组件。3.19串口服务器serialserverRS-232/485/422到TCP/IP之间完成数据转换的通讯接口转换器。320实时数据库realtimedatabase数据和事务都有定时特性或显示的定时限制的数据库。321历史数据库historicaldatabase主体对象的数据库时间大于实际时间情形的数据库。322连接器connector连接两个有源器件的器件，传输电流或信号。5T/GDPIA920203.23终端电阻terminalresistor在线型网络两端（相距最远的两个通信端口上），并联在一对通信线上的电阻。3.24接地earthing
9、指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连。3.25等电位equipotential电线路中如果选定两个测试点，测得它们之间没有电压即没有电势差，即为等电位。4缩略语下列缩略语适用于本文件：ERP：企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning)MES：制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)WMS：仓库管理系统(WarehouseManagementSystem)BOM：物料清单(BillofMaterial)AGVS：自动导引车系统(AutomatedGuidedVehicleSystem)AG
10、V：自动导引小车（AutomatedGuidedVehicle）AOI：自动光学监测（AutomaticOpticInspection）SCADA：数据采集与监视控制系统（SupervisoryControlAndDataAcquisition）PLC：可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)HMI：人机接口(HumanMachineInterface)RFID：射频识别（RadioFrequencyIdentification）B/S：浏览器/服务器(Browser/Server)API：应用程序编程接口（ApplicationProgrammingInte
11、rface）ODBC：开放数据库连接（OpenDatabaseConnectivity）OLEDB：对象链接和嵌入数据库（ObjectLinkingandEmbeddingDatabas）5MES功能层次模型5.1概述在工业企业信息化基础系统规范及数字化工厂改性塑料功能架构内容的基础上，划分改性塑料的MES的功能层次模型，如图1所示，功能扩展不应以此为限。（参考GB/T26335，定义9.6）6T/GDPIA92020数生产信息设备信息其他信息订单管理BOM管理供应链管理系统管理层生产调度模块据资源订单信息物流信息生产统计模块生产调度执行生产分派模块操作管理模块生产跟踪模块数据采集模块生产监控
12、统计应用管理层输送设备混合设备计量设备加工设备质检设备包装设备设备控制层图1改性塑料MES功能层次模型改性塑料的MES功能层次模型划分了两个区域，分别为：生产调度、生产监控。描述了MES功能体系的层次模型，并给出了各功能模块之间，以及特定功能模块与上层系统管理层、数据资源与下层设备控制层之间的信息流。5.2应用管理层5.2.1生产调度包括调度、分配、操作三个功能模块。主要功能：将订单信息细化为可执行的生产调度信息，再经生产分配转换为关键任务，最后通过操作管理模块转换为操作指令下达给设备控制层，指导生产制造过程。5.2.2生产监控包括数据采集、跟踪以及统计三个功能模块。主要功能：将设备层中的生产
13、过程数据采集、上传，对生产过程跟踪、分析，最终生成统计信息形成公共数据资源。5.3设备控制层根据改性塑料的输送、混合、计量、加工、质检、包装操作等管理的指令下达与反馈，实现数字化的生产，对设备控制层产生的各类数据采集、上传，设备控制层的核心设备可分为：7T/GDPIA92020a)输送：负责原料、半成品（如混合物料）、成品输送任务的控制设备；b)混合：负责处理各类物料（如颗粒、粉体、助剂）的混合任务的控制设备；c)计量：负责各类物料输送、混合、加工过程的计量任务的控制设备；d)加工：负责功能塑料加工（如挤出）任务的控制设备；e)质检：负责功能塑料外观质量检测任务的控制设备；f)包装：负责处理成
14、品包装任务的控制设备。6MES功能结构模型6.1概述参考MES模型的基础上，结合改性塑料需求，给出MES功能结构模型，功能扩展不应以此为限。模型定义了基本功能结构，对生产调度与生产统计功能结构模型进行划分，描述各功能之间传递的信息流，如图2所示。业务计划层数据资源生产调度物流管理工艺执行订单统计物料统计能源统计绩效统计生产统计生产分派物料输送混合任务物料计量加工任务成品包装订单跟踪物料跟踪能耗跟踪状态跟踪生产跟踪电子标签智能仪表电子看板码垛机械手操作管理HMIPLCAGVSCADA生产数据物料数据能源数据质量数据设备数据数据采集在线AOI打印机条码扫描枪气相输送系统图2数字化工厂改性塑料MES
15、功能结构模型a)生产调度：一组满足生产要求的生产路线安排和资源协调、利用的活动，是数字化车间生产调度与执行模块的核心部分；b)生产分配：一组管理把生产任务分派给设备和人员的生产流的活动。生产分配根据生产调度的要求，协调设备和人员、物料等资源，完成产品生产任务；c)操作管理：一组指导生产执行的活动，需要管理操作、设备、信息等内容，操作对象主要有电子标签、智能仪表、电子看板、可编程控制器（PLC）、人机界面（HMI）、打印机、自动导向车（AGV）、物料输送系统、在线自动光学检验（AOI）设备、码垛机械手等；d)数据采集：主要处理诸如重量、温度、转速等生产过程信息，以及控制器、传感器和执行器状态的设
16、备信息；e)生产跟踪：跟踪生产过程中的各类详细信息，包括：订单、物料、能耗、状态；8T/GDPIA92020f)生产统计：总结和汇报产品生产过程中人员和设备的信息，形成各类共享数据资源，包括：订单统计、物料统计和能源统计、绩效统计等。6.2生产调度功能6.2.1概述根据系统管理层的订单任务，对物料、工艺、设备等资源进行协调、利用，分为:物流管理和工艺执行任务。对工艺执行任务的作业流程进行定义，并对传递的信息流进行了说明。6.2.2工艺执行任务根据生产订单需求，结合改性塑料的工艺制作特点，定义工艺单的制作下达使用作业流程，并对传递的信息流进行了说明。6.2.3信息流传递描述了工艺执行任务主要传递
17、的信息流（如图3）。包括：a)订单信息：排单顺序、订单产量、要求、计划交期等；b)工艺信息：物料（类型、重量、比例等）、工艺类型（如混合、加工）、工艺参数（如温度、时间）等；c)执行信息：在可视化终端（HMI、电子看板）显示工艺执行信息，如操作行动、操作时间等。生产订单工艺制作混合工艺加工工艺下达执行可视化终端图3工艺执行任务的信息交互6.2.4详细任务工艺管理任务包括：a)工艺制作：系统根据生产计划的排单顺序，结合订单、混合、温度控制等工艺要求，通过自动生9T/GDPIA92020成完成混合、加工的工艺表的制作，并在系统内提交、确认；b)下达执行：系统根据订单、工艺的要求，下达至生产设备，现
18、场操作员在HMI、电子看板等可视化终端上进行混合、加工工艺表申请、查看、确认。6.3生产分配6.3.1概述根据生产调度的要求，协调设备和人员、物料等资源，完成产品生产任务。6.3.2物料输送任务根据生产调度的要求，定义原料、半成品的输送任务，并对传递的信息流进行了说明。6.3.3信息流传递包括：（如图4所示）a)调度信息：物料，计划等信息；b)过程信息：物料的输送控制，以及称重计量、物料识别记录等。生产调度输送(批次、连续)物料气相输送AGV称重计量识别记录图4物料输送任务的信息交互6.3.4详细任务a)调度任务：根据生产的要求，处理原料、半成品的输送需求，对物料，配送等进行管理；b)输送任务
19、：针对物料的调度任务，根据物料选择合适的输送方式，如AGV、气相输送及其他方式输送，进行称重计量，并利用电子标签，进行记录和识别防错处理。注：本标准只针对MES控制的物料输送过程，其他环节物料输送过程由WMS系统处理。6.4物料混合任务6.4.1概述根据生产要求，完成物料混合任务，定义混合任务的作业流程，对传递的信息流进行了说明。6.4.2信息流传递包括：（如图5）a）调度信息：工艺执行和物料输送的信息，物料信息、工艺参数等信息；10T/GDPIA92020b)过程信息：物料称重计量、物料识别，混合过程等信息。物料输送工艺执行混合(生产要求)连续物料批次物料在线混合离线混合图5物料混合任务的信
20、息交互6.4.3详细任务a)调度任务：根据生产要求，处理物料信息，工艺信息，实现混合任务的管理。b)混合任务：针对连续物料，通过称重计量方式保证符合工艺要求，通过混合设备直接在线进行混合作业。针对批次物料，通过AGV小车自动输送，利用电子标签进行识别防错后，再投入混合设备进行混合作业。6.5物料加工任务6.5.1概述针对改性塑料的特点，完成物料加工任务，定义物料加工中的作业流程，对传递的信息流进行说明。6.5.2信息流传递包括：（如图6）a)调度信息：工艺执行和物料输送，物料、工艺参数等信息；b)过程信息：如物料称重计量、物料识别，加工过程信息；c)检测信息：加工过程中的质量检测等信息。11T
21、/GDPIA92020物料输送物料混合称重计量工艺执行加工作业质量检测成品包装图6物料加工任务的信息交互。6.5.3详细任务a)调度任务：根据生产调度的要求，处理物料信息，工艺信息，实现加工任务的管理；b)加工任务：针对调度任务的要求，处理物料的计量、加工和包装作业过程；c)质量检测：通过光学检测仪器，对质量信息进行处理。6.6操作管理功能操作管理：生产分配功能所产生的操作信息，操作命令及操作响应等均需要操作管理功能与设备控制层进行处理。注：操作对象主要有电子标签、智能仪表、电子看板、PLC、HMI、打印机、AGV、气相输送系统、在线AOI设备、码垛机械手等，操作管理与设备、工业网络息息相关，
22、将在工业网络部分进行定义。6.7数据采集功能数据采集：MES主要处理诸如重量、转速、温度等生产过程信息，以及诸如控制器、传感器和执行器状态的设备信息。处理的信息包括：生产、物料、能源、质量、设备以及其他产品制造的重要信息。注：数据通过设备和工业网络进行采集，数据采集功能的流程及信息流将在工业网络部分进行定义。6.8生产跟踪功能6.8.1生产跟踪：跟踪生产过程中的各类信息，对传递的信息流进行说明。12T/GDPIA920206.8.2信息流传递描述了生产跟踪任务主要传递的信息流（如图7）。包括：a)订单进度信息：通过称重计量、PLC等采集数据，实时跟踪订单情况、生产时间等信息；b)物料信息：通过
23、电子标签、称重计量等采集数据，实时跟踪物料输送、使用、备料、配送信息；c)能耗信息：采集订单生产过程中的能耗信息，形成复合数据等信息；d)状态信息：通过智能仪表、PLC、光学识别等设备，实时跟踪异常信息，如网络异常、设备异常、质量波动等信息；e)显示信息：在可视化终端显示生产跟踪信息，如订单信息、物料信息等。设备控制层数据采集订单跟踪物料跟踪能耗跟踪状态跟踪生产统计终端显示图7生产跟踪功能的信息交互6.8.3详细任务任务包括：a)订单跟踪：实时跟踪订单完成情况，订单相关数据的处理，如订单生产时间、产量等；b)物料跟踪：通过电子标签、称重计量等实时跟踪物料输送、使用、配送状况；c)能耗跟踪：采集
24、订单生产过程中的能耗信息，并与其它信息形成复合数据，如单产耗电、订单耗电等；d)状态跟踪：设备运行数据，质量数据的处理，实时跟踪异常信息、报警信息；e)终端显示：通过HMI、电子看板等可视化终端显示物料、设备、订单数据。6.9生产统计功能13T/GDPIA920206.9.1生产统计统计生产过程中的各类信息，对信息流进行说明，数据反馈生产调度，指导生产调度管理在资源平台进行处理。6.9.2信息流传递包括：(如图8)a)订单信息：采集订单完成情况、生产时间、质量等；b)物料信息：采集物料输送、使用、备料、配送状况；c)能耗信息：采集能耗信息；d)绩效信息：采集员工上岗、下岗时间，成品包装产量。生
25、产跟踪订单统计物料统计能耗统计绩效统计生产调度数据资源图8生产统计任务的信息交互6.9.3详细任务a)订单统计：根据订单完成情况、生产时间、质量形成统计报表；b)物料统计：根据物料输送、使用、备料、配送状况形成统计报表；c)能耗统计：根据能耗状况形成报表；d)绩效统计：根据员工上、下岗时间，产量，生产形成绩效统计表。7MES工业网络集成模型7.1工业网络集成模型数字化工厂改性塑料MES系统工业网络的集成模型如图9所示。14实施工业网络数据收集MES管理要求硬件协议组态软件接口技术现场数据传输数据管理功能模块线缆选型编号标记屏蔽接地线缆敷设其他AGV电子标签打印机扫描枪PLCHMI电子看板其他现
26、场总线OPC协议SCADA工业以太网API、ODBC、OLEDB工业服务器（实时/历史数据库）生产调度生产分派操作管理数据采集生产跟踪MES服务器生产统计T/GDPIA92020图9数字化工厂改性塑料MES系统工业网络集成模型图（简化）主要通过生产调度、生产分配、操作管理模块，通过工业网络下达信息控制现场的硬件设备，通过数据采集模块采集现场工业网络传输的反馈信息。对工业网络集成模型进行详细描述，主要包括：工艺执行、物料输送、质量检测。7.2工艺执行模型（如图10）：MES服务器以太网SCADA服务器工业以太网PLC工业以太网以太网HMI电子看板图10工艺执行任务工业网络模型MES服务器通过以太
27、网与SCADA服务器通讯，SCADA通过工业以太网与PLC设备通讯，下达混合、加工工艺（重量、比例、温度、转速等数据）至PLC，再通过HMI、电子看板（通过以太网与MES服务器通讯）显示工艺信息。PLC、HMI的通讯接口推荐使用基于IEEE802.3的工业以太网协议。7.3物料输送15模型（如图11）：MES服务器以太网上位调度服务器无线AP无线网AGVT/GDPIA92020操作员PCRS232打印机扫码枪图11物料输送任务工业网络模型MES服务器通过以太网与AGVS的上位调度系统通讯，下达物料调度（需求、类型等）信息，上位调度系统传递输送控制、称重、物料识别等信息给MES系统。AGVS系统
28、使用无线电通信方式，通过无线AP发送信号控制AGV车载控制系统。打印、扫码到通讯接口，控制条码打印与传递扫描识别信息。无线AP接口应符合无线以太网标准协议802.11b/g的规定。7.4质量检测模型：（如图12）MES服务器以太网AOI服务器RS232工业相机图12质量检测任务工业网络模型工业相机通过RS232串口与在线AOI服务器电脑通讯，通过工业相机自动实时在线扫描物料，采集图像，与物料外观数据库中的合格物料的模型参数进行比较，检测出物料的缺陷（包括外观、颜色等），并通过现场显示器自动显示外观缺陷，再通过AOI服务器与MES服务器通过以太网通讯传递质量检测信息。7.5数据采集模型：（如图1
29、3）16T/GDPIA92020MES服务器WEB服务器以太网以太网SCADA服务器OPC服务器AGVS服务器AOI服务器操作员PCPLC工业以太网HMI码垛机械手系统RS232RS232串口服务器打印机扫码枪电子看板RS232智能电表图13数据采集任务工业网络模型SCADA服务器通过工业以太网采集混合、加工过程以及码垛机械手的PLC控制器数据（主要包括：工艺参数、温度、计量重量、成品码垛重量、设备运行、异常报警、订单进度等数据）通过串口服务器采集智能仪表(电表)数据，串口服务器通过以太网连接至OPC服务器，利用标准的OPC通讯方式与SCADA服务器通讯，传递能耗数据。AGVS服务器通过以太网
30、与MES服务器通讯，交互调度信息、物料识别等信息。AOI服务器通过以太网与MES服务器通讯，交互物料的外观、颜色等质量检测信息。8集成技术8.1概述改性塑料的MES系统功能与工业网络集成会用到OPC标准协议进行数据的通讯，以及数据库进行数据的存储处理。8.2OPC改性塑料的MES系统功能与工业网络集成中，PLC、HMI等数据一般通过工业以太网与SCADA进行数据通讯，不能直接通过工业以太网与SCADA进行通讯的设备，如智能仪表（多采用MODBUS通讯），可通过串口服务器进行协议转换，转换成工业以太网通讯（如MODBUSTCP/IP），再通过OPCServer(如KEPWARE等第三方OPC服务
31、器)与SCADA进行OPC通讯，数据进入SCADA作为统一的数据来源。使用模型（如图14）：17T/GDPIA92020其他系统软件OPCDA/UASCADA软件OPC服务器如(PLC、HMI)如(智能仪表)图14OPC应用模型OPCDA：基于微软Windows系统提供的COM/DCOM技术，用于软件之间数据交换的规范。OPC用于访问过程数据、报警信息以及历史数据。OPCUA:不再基于COM/DCOM技术，OPCUA标准提供更多的可支持的硬件或软件平台，OPCUA经授权后可以通过任何单一端口进行通信。能穿越防火墙通信，在传输中通过XML格式或者二进制格式来传输，并且兼容更多通用的IT通信协议，比如：TCP和通过HTTP的网络服务。8.3数据库8.3.1概述通过实时历史数据库完成来至PLC、SCADA系统、智能仪表等数据的采集、存储、压缩，实现实时数据、历史数据的检索、统计、分析、建模，为MES以及其他系统提供数据。实时、历史数据库数据划分（如图15）：数据库实时数据库历史数据库实时数据历史数据图15