食品企业历来重视生产过程的自动化控制，其中灌装车间更是如此。在管理信息化方面。以ERP为代表的管理信息系统近年来在食品生产企业也开始了大规模的应用。随着食品行业安全生产、质量保障体系的标准和食品安全日益严格的规定等给企业发展带来的压力，要求生产制造商的系统要具备更高的标准，更多的功能，用完备严密的系统操作供应高标准、高品质的食品。此时的信息系统很有可能会成为新的制约瓶颈，在过程自动化与管理信息化之间存在数字鸿沟，导致无法将管理同生产紧密结合，ERP等管理系统的应用效果大打折扣，甚至导致ERP系统实施失败。生产制造执行系统(MES)正是打通这一瓶颈不可或缺的手段。

　　1 制造执行系统(MES)介绍

　　1990年，美国先进制造研究中心(AMR)提出了MES(制造执行系统)的概念，并将MES定位为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的各项车间管理信息系统”，它以当前视角向操作入员和管理入员提供生产过程的全部资源(人员、设备、材料、工具和客户要求)的数据和信息。其着重点是将信息技术运用于改善制造过程。

　　MES属于企业管理应用关键的范畴，起源于离散工业，又扩散到流程工业，在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁，与上层业务系统和底层生产设备控制系统一起构成企业的神经系统，把业务计划的指令传达到生产现场，将生产现场的信息及时收集、上传和处理，通过双向通信，提供整个企业的生产活动以及供应链中以任务作为关键因素的信息。

　　2 灌装车间MES构建

　　2.1 系统架构

　　某饮料厂灌装车同已经实现生产过程计算机控制，其设备大量使用Profibus和CC-Link现场总线及工业以太网技术，部分设备具备串行通讯能力(RS-485或RS-232)，也有部分设备不具备通讯功能。在保证系统性能的基础上。为尽可能降低信息化建设成本，MES将充分利用已有的网络技术构建数据采集和控制系统。采用工控计算机(Pc)的上位机位于中央控制室，通过以太网(TCP／IP协议)与数据库服务器或其它同级计算机通讯。上位机通过现场总线或串行通讯与现场采集单元和控制单元连接，采集的数据生成生产数据记录，据此进行绩效信息的台账累计，以满足管理需要。

　　MES硬件结构见图1。应用支持层采用Delphi结合SQL Server开发。工控计算机通过采集系统采集现场实时数据，进行数据预处理，并进行采集系统的故障诊断和预警，再将数据提交给远程数据库服务器，供分析和查询。为保证系统的稳定性，基于Profibus总线和CC-Link的采集系统采用双机冗余，在其中一台计算机发生故障时，可以保证生产的正常进行。

　　图1 MES硬件结构示意图

　　2.2 数据采集系统可靠性保证

　　灌装车闯生产现场环境复杂。各种干扰较多，为保证采集数据的质量和可靠性，必须采取适当的抗干扰措施，并对采集的数据进行故障诊断。主要措施如下：

　　1)信号传输采用屏蔽良好的双绞线，并将屏蔽层良好接地；电压弱信号无法直接进行远距离传输，需通过变送成为4～20 mA的电流信号后，再通过带屏蔽的双绞线送入模拟量采集模块，供上位机读取。

　　2)由于灌装车间内有较多的大功率设备，设备启停对计算机数据采集系统干扰较大，因此除采集设备和信号线应尽量远离干扰源外。为减少信号杂波串扰和保护通道开关，凡不需采集的数据信号应就近与模拟地线短接。

　　3)在数据采集软件中对采样数据进行惯性数字滤波，滤波设备主要采用一阶低通RC滤波器，同时软件采用多线程技术编制，以保证数据的完整性和连续性。

　　4)数据采集软件采用具有冗余和差错检测控铜功能的专用通讯协议，以确保采集数据的可靠性。

　　5)根据采集到的设备状态参数等数据以及专用通讯协议中的部分冗余代码，MES可对数据采集系统和设备状态进行诊断监控，当出现或将要出现故障时，发出预警信号并采取适当的措施。对比较关键的主要数据采集计算机采用双机冗余。

　　2.3 软件

　　2.3.1 基本流程

　　数据采集的基本流程见图2。对采集到的数据进行分析后，将数据解包分给对应的机台，转换成实际的电流、转速和对应的故障信息等显示，并将数据提交给远程数据库服务器保存。

　　图2 数据采集基本流程

　　2.3.2 数据采集

　　由于采集设备支持的编程方式各不相同，因此需根据各自的特点和资源分为以下3种情况编写数据采集模块。

　　1)基于普通串行通讯的数据采集。串行通讯设备是进行MES改造过程中最复杂的一部分，且通讯协议也各不相同。如部分模拟量和数字量采用集团的ARK-14050和ARK-14017模块采集，通过调用模块提供的DLL动态连接库可采集现场实时数据。对于没有提供DLL接口函数的串行通讯，只能通过单独编写串行通讯控件实现，串行通讯控件需完成初始化、数据帧构造、差错检验以及数据收发等过程。

　　2)基于现场总线的数据采集。工业现场总线一般采用专用通讯协议，支持相应总线的设备厂商一般均提供相应的DLL动态连接库，上位机通过硬件适配器，利用基于专用通讯协议的接口函数进行数据采集。

　　3)数据预处理和故障诊断。采集到现场单元的设备运行状态参数和工艺参数后。还需对数据进行预处理和对数据采集系统进行故障诊断。数据的预处理主要包括数据解包、软件滤波和数据转换等过程；数据采集系统的故障诊断主要通过对数据采集设备和通讯设备的状态参数分析、通讯数据帧中冗余码分析以及利用时间片等方法实现。

　　2.3.3 查询系统

　　生产信息查询主要提供对过程生产设备和生产线的运行状态、工艺数据等信息进行实时查询，被查询信息通过数据采集系统进行采集，一方面服务于现场控制系统，另一方面远程提交给数据库服务器，备MES系统B(Browser)端查询。查询时，B端Web页面将查询条件：机台号、时间、参数名称等，传送到后台数据库服务器(S端)。S端根据查询条件调用相应查询方法，获取需要的数据集，并返回给B端Web页面。查询机台运行参数相应Hibernate QL的主要实现代码：

　　Query query＝session．createQuery(“from DownStreame_A ss ds_a where ds_a．station_id＝：station_id and ds_a．time＞＝：starttime”)；／／构造查询条件

　　query．setString(“station_id”，station_id)；／／获取jsp页面传入的要查询的机台

　　query．setString(“starttime”，starttime)；／／获取系统当前时间

　　List results＝query．list()；／获取满足条件的电流值电机转速值数据集

　　再将所得的数据集回传到JSP页面，调用JfreeChart控件就可以得到相应的实时曲线。主要实现代码如下：

　　／／接收回传的满足条件的数据集

　　public XYDataset createDataset(List downstream)(XY-Seriesseries＝new XYSefies(“电流”)；

　　…

　　public JFreeChart createChart(XYDataset dataset)

　　{

　　／／创建图表对象

　　JFreeChart chart＝ChartFactory．createXYLineChart

　　…

　　return chart；

　　}

　　2.4 实施效果

　　用户通过该系统可以监视各设备当前运行状态信息值、设备重要参数变化趋势和实时报警信号等，而管理层可通过数据库服务器获得相应的实时数据。同时，在调度室放置的大型液晶显示屏和工控机采用动态显示方式显示运行状况，并对运行不正常的设备进行提示。系统具有强大的综合查询功能，可以随时对配方的工艺参数、生产过程的历史数据、生产状况以及质量情况等进行查询，以便进行产品的质量跟踪。

　　3 结 语

　　在食品企业的信息化改造过程中，以灌装车同为应用代表，MES的架设与实施可以使计划与生产密切结合，能够彻底实现信息的全面交互和共享，走出传统的信息“孤岛”。MES系统的实施能够有效的提高管理水平，更好的进行资源优化配置和生产工艺的优化，为工业信息化相对比较落后的食品生产企业来说提供了一个有效的解决方案和改造模式。

免责声明：本网站（http://www.ciotimes.com/）内容主要来自原创、合作媒体供稿和第三方投稿，凡在本网站出现的信息，均仅供参考。本网站将尽力确保所提供信息的准确性及可靠性，但不保证有关资料的准确性及可靠性，读者在使用前请进一步核实，并对任何自主决定的行为负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏，概不负任何法律责任。
本网站刊载的所有内容（包括但不仅限文字、图片、LOGO、音频、视频、软件、程序等）版权归原作者所有。任何单位或个人认为本网站中的内容可能涉嫌侵犯其知识产权或存在不实内容时，请及时通知本站，予以删除。