一种基于以太网的车间生产管理系统的制作方法

本实用新型工业企业车间内现场异构设备之间的组网通信和数据交互技术领域,尤其是一种基于以太网的车间生产管理系统。

背景技术：

先进铸造企业车间是指高度自动化的工业铸造车间,如传统的砂型铸造生产工艺过程复杂，需经过造型、制芯、熔炼、浇注、冷却、落砂、清理及其它后处理工艺等多个工序,而国内部分先进铸造企业车间终端设备的自动化程度较高,各道工序都已经实现了设备的自动化控制和产品的在线自动检测。但车间现场的设备执行数据和在制品状态信息并没有进行自动化的实时采集和传递到业务管理层（车间管理人员或生产计划管理人员）,导致业务管理层不能实时了解当前车间的设备状态和在制品状态,无法根据车间的实际情况制定最高效的生产计划，及时地变更生产计划,降低了企业的整体管理水平,增加了生产成本,影响企业生产效率的进一步提升。

现在车间管理主要存在以下问题:(1)生产数据记录不易管理,车间的所有生产数据均由工人填写纸质版报表记录,记录和整理的工作量大,容易出现数据遗漏和出错的情况,也不便于历史数据的管理;(2)生产进度不可知,基于纸质报表记录的数据采集方式，生产材料耗用及产品生产进度无法实时反映给管理层人员，使得管理层人员不能及时、准确地掌握生产现状，从而导致反复调度的现象时有发生,增加了工作量，降低了工作效率;(3)产品追溯困难,受人工纸质记录的限制,当某一批次产品出现问题时,很难找到当时相关的生产记录,无法获取问题产品所用材料和同一批产品的信息;(4)监控手段落后,车间管理层对生产现场的监控手段一般为巡逻询问的方式,监控的客观性、实时性以及生产数据的准确性得不到保证,这也是导致生产效率低的一个重要原因;(5)异构设备组网困难,基于成本和技术限制等原因考虑，企业车间的每条生产线往往由多个供应商的不同设备组成,或者是同一供应商不同型号的设备，这些设备往往具有不同的外部接口,采用不同的通信协议,并没有一个统一的信息管理平台可以将这些设备的信息整合。

技术实现要素：

本实用新型的解决的技术问题是针对上述现有技术中的存在的缺陷,提供一种基于以太网的车间生产管理系统,该生产管理系统配合软件系统用来优化车间生产信息管理，提高车间的智能化水平。

为解决上述技术问题,本实用新型提供一种如下技术方案：一种基于以太网的车间生产管理系统,包括：

数据采集层,包括在车间现场的生产线上负责数据采集工作的终端设备,所述终端设备包括LPC单片机、IPC工控机、威纶通无线HMI、西门子有线HMI或西门子PLC;LPC单片机和IPC工控机通过工业以太网交换机连接至ThinkServer服务器;威纶通无线HMI通过工业无线路由器连接至ThinkServer服务器;西门子无线HMI通过工业以太网与西门子总控PLC连接，间接连接至ThinkServer服务器;若干相同网段的西门子PLC通过西门子总控PLC间接连接至ThinkServer服务器;若干不同网段的西门子PLC先经过西门子工业跨网段交换机连接至西门子总控PLC,再间接连接至ThinkServer服务器；

数据分析层,包括一台装有SQL Server数据库和Windows Server系统的ThinkServer服务器;ThinkServer服务器通过工业以太网完成与数据采集层的终端设备连接,并通过基于TCP\IP协议和MODBUS协议的中间件完成与终端设备的数据交互过程；

数据服务层,包括PC端和车间生产线看板,PC端是任一可以连接到车间以太网网络的计算机设备,车间生产线看板是任一置于车间管理办公室供车间管理层查看的电子显示屏。

作为对上述技术方案的进一步阐述：

在上述技术方案中, 所述西门子总控PLC为采用S7单边通信协议的西门子S7-1500。

在上述技术方案中,所述车间生产线看板包括车间生产效率看板、设备运行效率看板、设备故障率看板、质量检验看板和车间生产线看板。

在上述技术方案中,所述工业以太网交换机连接支持TCP\IP通信的终端设备，多个终端设备连接至所述工业以太网交换机后，再由一根工业网线连接至所述ThinkServer服务器。

在上述技术方案中,所述工业无线路由器布置在车间办公区域周边，实现所述威纶通无线HMI设备和所述ThinkServer服务器的直接通信。

在上述技术方案中,所述西门子总控PLC布置在车间生产线的监控室中。

在上述技术方案中,所述西门子工业跨网段交换机布置在车间生产线上终端设备周边。

与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:一是,本实用新型系统开放性高、技术方案灵活；二是，本实用新型通过工业以太网进行组网构建生产管理系统，能够优化企业管理层和车间管理层对生产现场的监控方式，提高管理层获取数据的效率,同时,可以减少现场布线的成本和工作量;三是,本实用新型解决了工业企业车间内不同通信接口和不同通信协议的设备组网通信难的问题,提高了车间生产线的信息化程度。

附图说明

图1是本实用新型生产管理系统的系统结构图。

图2是本实用新型LPC单片机与ThinkServer服务器数据交换过程图。

图3是本实用新型LPC单片机与ThinkServer服务器交互的数据包格式图。

图4是本实用新型LPC单片机与ThinkServer服务器交互的数据包控制字段图。

图5是本实用新型车间信息采集终端的结构示意图。

图6是本实用新型西门子S7单边通讯协议流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“若干个”、“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

结合附图1-6，对应用本实用新型技术方案的一种基于以太网的车间生产管理系统作进一步说明。

应用本实用新型的一种基于以太网的车间生产管理系统包括1.ThinkServer服务器；2.西门子总控PLC；3.西门子工业以太网交换机；4.西门子工业跨网段交换机；5.标准工业以太网交换机；6.工业无线路由器；7. HMI人机界面终端；8.车间生产线看板；9. PC端。

所述硬件1——ThinkServer服务器，必须置于车间管理办公室，其是整个数据采集管理系统的处理中枢，完成对生产线上各个生产设备数据的实时采集工作，形成覆盖整条生产线的数据仓库，并对生产运行过程中的数据进行统计分析，为企业管理人员制定生产计划和进行成本核算提供数据支持服务。其通过获取LPC单片机、IPC工控机、威纶通HMI、西门子HMI和西门子PLC端的生产数据，分析车间的生产效率、生产成本、设备运行效率、设备故障率、质检合格率。

所述硬件2——西门子总控PLC，布置在生产线监控室中，其是采集车间已有的PLC设备数据的中枢，采用S7单边通讯协议，向现场的PLC设备发送数据，获取现场的PLC设备的数据，同时与ThinkServer服务器动态连接，实现现场PLC设备和ThinkServer服务器SQL Server数据库的数据交互；

所述硬件3——西门子工业以太网交换机，按需布置在车间的工控设备附近,减小现场布线的工作量，其用来建立车间相同网段的自动控制设备的PLC与西门子总控PLC的网络连接；

所述硬件4——西门子工业跨网段交换机，按需布置在车间的工控设备附近,减小现场布线的工作量，其用来建立车间不同网段的自动控制设备的PLC与西门子总控PLC的网络连接；

所述硬件5——标准工业以太网交换机，按需布置在车间的工控设备附近，减小现场布线的工作量，其用来建立车间已有如LPC单片机、IPC工控机等产生生产数据的设备与ThinkServer服务器的网络连接；

所述硬件6——工业无线路由器,按需求布置在车间的控制柜中,其用来实现无线HMI人机界面终端与ThinkServer服务器的连接；

所述硬件7——HMI人机界面终端,包括西门子有线HMI终端和威纶通无线HMI终端，西门子有线HMI终端通过西门子总控PLC与服务器连接,威纶通无线HMI终端通过工业无线路由器与服务器连接;按需求布置在方便工人使用的控制柜中,其是数据采集终端，用来采集无法直接从设备读取的生产数据,通过人工输入与电子设备采集传输相结合的方式，接入工业以太网中,传输至服务器端；

所述硬件8——车间生产线看板,布置在车间管理办公室中,其用来实时显示车间生产线的生产状况,滚动显示车间生产的效率分析数据,供各级领导和管理人员实时查看；

所述硬件9——PC端,其是任意一台可以连接至车间工业以太网络的计算机设备,用来供管理层实时查看车间每时段的生产数据,根据原始采集数据分析车间生产效率，车间设备故障率,车间生产成本,自动生成电子版报表替代人工填写的纸质版报表。

为实现本实用新型的目的,本实用新型提供了一种基于以太网的车间生产管理系统的数据采集管理系统的执行方法(软件系统),包括如下过程：

步骤Ⅰ 数据采集

预留有通信接口的工业控制设备;

例如,所述预留有以太网通信接口的LPC单片机、IPC工控机、威纶通HMI、西门子HMI和西门子PLC等设备，通过工业以太网实现与所述ThinkServer服务器的数据通信；

无可用通信接口的工控设备；

增加无线HMI设备，通过所述工业无线路由器与所述ThinkServer服务器实现数据交互，由工人通过所述无线HMI设备查询和录入相关生产数据和设备数据；

步骤Ⅱ 数据分析与处理

由所述ThinkServer数据服务器汇总所有数据采集层上传的数据,存入SQL Server数据库，进行数据分析和处理；

步骤Ⅲ 数据展现形式

Web端 企业和车间管理层通过浏览器登入数据采集管理系统，查询、修改、增加或删除数据；

车间生产线看板 车间生产线看板一般置于车间管理办公室，显示实时的生产信息,其内容主要包括车间生产效率看板、设备运行效率看板、设备故障率看板、质量检验看板和车间生产线看板。

基于工业以太网的车间生产管理系统的实际操作如下：

步骤ⅰ 现场布置

a.将数据采集终端西门子有线HMI终端和威纶通无线HMI终端按工人工作区域布置在生产线各个区域,以有线和无线两种方式搭建车间局域网：

b.将车间同网段自动控制设备的PLC通过有线的方式西门子工业以太网交换机连接西门子总控PLC，将车间不同网段自动控制设备的PLC通过西门子跨网段交换机连接西门子总控PLC,将车间其它原有的LPC单片机,IPC工控机等产生生产数据的设备通过标准工业以太网交换机接入ThinkServer服务器；

c.将工业无线路由器布置在与威纶通无线HMI距离合适的车间控制柜中,通过WiFi接入TinkStation服务器的SQL Server数据库;

步骤 ⅱ 导入系统基础数据 将车间原有设备信息、员工信息、物料信息、产品信息及班组信息导入ThinkServer服务器的SQL Server数据库中;

步骤ⅲ 生产数据记录 车间工人使用西门子有线HMI终端和威纶通无线HMI终端记录生产数据，LPC单片机、IPC工控机、西门子PLC等终端自动记录生产数据并发送到ThinkServer服务器；

步骤ⅳ 车间生产效率分析 ThinkServer服务器根据采集的生产数据，使用处理算法分析车间的生产效率；

步骤ⅴ 设备运行效率分析 ThinkServer服务器根据采集到的设备信息,使用处理算法分析各类设备不同时段的运行效率；

步骤ⅵ 设备故障分析 ThinkServer服务器根据采集到的设备故障信息，使用处理算法分析各类设备不同时段的故障率和故障原因；

步骤ⅶ 质量检验分析 ThinkServer服务器根据采集到的现场质检数据，使用处理算法分析产品的不同时段不同产品类别的不合格原因、不合格率、合格率等数据；

步骤ⅷ 实时查询 管理人员可在监控计算机前端发出查询请求,前端及时调取数据库数据，显示最新的生产管理数据；

步骤ⅸ 生产状况实时显示 将车间生产线看板布置在车间管理办公室内,企业和车间管理层可实时查看产品及设备状态，动态掌握生产状况；

步骤ⅹ 按时自动生成生产报表 ThinkServer服务器根据车间需求按一定周期在计算机上自动生成生产信息报表。

以上并非对本实用新型的技术范围作任何限制,凡依据本实用新型技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。