【优质文档】工业半自动化数据采集终端解决方案.pdf

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1、工业半自动化数据采集终端解决方案 1、方案概述 20 世纪 90 年代以来，经济全球化的趋势日益增加，信息技术的发展极为迅 速，市场环境发生了根本性的变化。顾客驱动已成为市场的主要特征，市场竞争 的要素涉及到工控时间、质量、价格、服务和环境。而信息技术的广泛采用，使 得以顾客订货和市场需求为轴心的生产活动已可以不受时间和地域的限制，竞争 的高科技含量因此大大提高了。 面对激烈竞争， 企业界的重要对策就是采用将制 造技术与信息技术、 自动化技术、现代管理技术和系统科学技术有机融合的新一 代先进制造技术。 在典型的 ERP 软件平台中，财务管理 (包括会计核算，财务管理)、生产控 制(包括生产计划

2、，制造 )、物流管理 (包括采购，库存管理，销售)和人力资源管 理等是基本功能模块。 过去的若干年来， ERP在国内得到了较广泛的重视，一些 企业花了大量资金上ERP。但就一般情况而言，商业企业从ERP 中获得的利益 比较明显， 而工业企业却没有那么幸运，甚至受到不同程度的损害。 这一现象并 非我国独有，在工业发达国家也是如此。美国ARC 公司调查结果显示， 53的 客户反映 ERP 对工厂生产存在负面影响。怪不得有人说：不上ERP 是等死，上 了 ERP 找找死。这里反映出在ERP 实施过程中确实存在一些不可忽视的问题， 其中最主要的是光有ERP 并不能帮助和指导工厂分析其生产的瓶颈，改进和

3、控 制产品的质量， 以及对具体的产品生产进行排产；ERP不但没有调动工厂管理人 员的积极性， 反而把他们降格为一种信息的收集者；ERP虽有生产控制模块， 但 难以真正在工厂层中使用。如果不加分析和改进这些问题，其结果则是将IT 推 离、而不是融入工厂的生产活动。 工业信息化是指在工业的生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，子 集成平台上，实现信息的采集（传感器及仪表仪器）、信息的传输（通信）、信息 的处理（计算机）以及信息的综合应用（自动化、管理、经营等功能）等。将信 息技术用于企业产品设计、 制造、管理和销售的全过程， 以提高企业的市场应变 能力和竞争能力，这是企业信息化的主要内容和目标

4、。 因此，如何将ERP 系统的生产管理模块和工业信息化的深度集成是制造企 业提高生产效率、提高生产过程的安全性、提高产品质量、提高服务质量、缩短 交货日期、减少生产过程的原材料损耗最终提高企业核心竞争力的保障。 2、ERP 系统 与现场自动化设备信息断层问题 我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。 简单的说是从计划层到生产控制层：企业根据订单或市场等情况制定生产计划 -生产计划到达生产现场-组织生产 -产品派送。企业管理信息化建设的 重点也大都放在计划层， 以进行生产规划管理及一般事务处理。如 ERP就是 “位” 于企业上层计划层， 用于整合企业现有的生产资源，编制

5、生产计划。 在下层的生 产控制层， 企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、 自动化物流搬运储 存设备等解决具体生产（制程）的生产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。 由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能 否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以 在最短的时间内掌握生产现场的变化，做出准确的判断和快速的应对措施，保证 生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP 和现场自动化系统已经发展到了非常 成熟的程度，但是由于ERP 系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层 的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设 备

6、和工艺参数的监控， 它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并 非真正意义上的管理系统。 所以，ERP 系统和现场自动化系统之间出现了管理信 息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无 策或功能薄弱。 比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决 手段： 出现用户产品投诉的时候， 能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程 信息？能否立即查明它的： 原料供应商、 操作机台、操作人员、 经过的工序、 生产时间日期和关键的工艺参数？ 同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示 以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装

7、和货品交接错误？ 过去 12 小时之内生产线上出现最多的5 种产品缺陷是什么？次品数量各是 多少？ 目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分 别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？ 生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生 产潜能的最主要原因是： 设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训 不够？还是工艺指标不合理？ 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机 波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？ 能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？ 我们知道要解决以上的问题就必须实时的去记录车间每

8、一道工序的操作数 据，将现场中的每一瞬间的信息的反馈到庞大ERP 后台数据库中，让功能强大 的 ERP分析报表进行查询分析， 这样无疑是让每一个班组都要成为PC机的高手， 因为要不断的录入。 这似乎在现实中实现很艰难， 即时要实现这个无疑是给予企 业带来了巨大的人工录入成本， 这不但不能提高生产效率， 反而是降低了企业的 生产力。 半自动化数据采集终端系统就是使用统一的数据库和通过网络联接可以同 时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门、财务部门等提供车间管理信息 服务，将现场自动化系统的信息同ERP 生产管理模块信息紧密的交互着，系统 通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产

9、，协助企业建立一 体化和实时化的 ERP 信息体系。 3、半自动化数据采集终端系统介绍 3. 1 半自动化数据采集终端系统与ERP 系统无缝链接 半自动化数据采集终端系统与ERP系统的数据流程图： 半自动化数据采集终端系统的核心功能是进行数据采集、对生产指令和工 序任务单的接受和传递、 产品的跟踪记录管理、 现场监控等， 并通过数据采集终 端系统将现场信息实时的反馈到ERP 系统中。 半自动化数据采集终端系统的结构图： ERP 系统 自 动 化 生 产 设 备 系 统 /手工作 坊 半 自 动 化 数 据 采 集 终端系统 网络接口 客户订单 生产订单 生产排程 工序计划 控制参数 操作指令

10、任务状态 过程参数 显示操作员 接受指令 数据采集 更新 ERP 系统 3. 2 半自动化数据采集终端系统设计原理 采用每道工序或者关键工序旁配置半自动化数据采集终端，每个数据采集终 端都配置好相应的工序和工作中心，当ERP 系统中的生产任务下达后生成每道 工序的指令单， 即同时生成每个数据采集终端的任务计划单。在数据采集终端中 可以显示对应工序的每天的工作进度安排（每个生产订单的开工时间和预计完工 时间、生产数量等信息） ，每个生产人员都有张员工卡，通过传感器、扫描枪、 数字键盘等输入设备输入员工卡后进行开机操作，表示已经开始操作机台了。 点 击数据采集终端上的任务单， 开始进行工序工作。

11、同时数据采集终端设备会把该 信息发回到 ERP 系统中，系统就会知道该生产任务已经到达该道工序上，并在 终端设备中显示计划生产数量， 然后生产完成后， 生产人员只需要直接录入实际 生产完成的数量（通过传感器、扫描枪、数字键盘等输入设备），按回车后自动 记录并转达到下一道工序指令单中，下一道工序的工作人员， 根据终端设备显示 的任务接受中点击接受上一道工序单过来的工作任务，并确定接受的货品数量， 点击核准后开始该道工序的运作，同时数据采集终端设备又会把该信息发回到 ERP系统中，然后生产完成后，生产人员只需要直接录入实际生产完成的数量， 按回车后自动记录并转达到下一道工序指令单中。如此循环，直至

12、该货品所有工 序路线完成， 直到完工入库， 每个操作员工可以直接在数据采集终端设备中进行 下班操作，表示今天的工作任务已经完成。 数据采集终端 系统 生产车间 采购管理仓库管理销售管理财务管理 过程监控管理 产品跟踪记录 现场数据采集 质量管理 设备管理 生产文档 车间作业计划 工序计划 具体实现如下： 安装数字键盘 自动生成入库单 每一道工序录入数量后自动转到下一道 工序进行汇总。 工序 N 工序计划单 生产任务单 工序 1 在生产任务单中自 动生成该货品生产 指令（条形码） 在生产任务单下达 后自动生成每道工 序的工序指令 通过数据采集终端扫接受工 序任务，进行工序加工，完 工后将数量录入

13、系统 工序 2 上一道工序录入完工后，自动转到下一道 工序， 通过工序接受单核实后，开始该工 序的生产加工，完工后将数量录入系统 完工入库 网线网线网线网线 工序 1 工序 2 工序 3 工序 4 工序 N 数据 采集 终端 数据 采集 终端 数据 采集 终端 数据 采集 终端 数据 采集 终端 生管主控台 ERP 服务器 系统特点： 1、结合后台的 ERP 系统 的生产排程功能， 将每次生产任务单下达后把工序 计划发布到不同的数据采集终端设备，告诉设备实时的工作任务。 2、数据采集终端设备，将通过传感器、扫描枪、数字键盘等输入设备，将现 场采集到的信息反馈回到ERP 系统，供其他部门人员信息

14、共享，能使其他部门 人员实时的知道生产车间的作业进度情况。 3、 每个生产操作人员都有张员工卡， 可以通过扫描枪、 数字键盘等输入设备， 进行登录和退出终端设备， 进行上下机操作。 通过数据采集终端设备显示每天的 工作计划安排。系统也会显示每道工序的派工人员，供车间核实。 4、数据采集终端输入数据与后于系统计划安排的生产数量不符合时，系统会 给予预警，并通过系统消息告诉生管人员。 5、能实现现场数据与系统的信息的实时交互，大大减少了人工单据录入的时 间。 6、提高了生产车间数据的准确性，避免应人工录入带来的数据的误差。 3. 3 半自动化数据采集终端设备布置 在车间的每道工序或者关键工序都配置

15、台半自动化数据采集终端设备，数 据终端设备与机台之间通过相应的数据接口进行链接。 每台半自动化数据采集终端设备之间采用网络线（有线、无线）等形式进 行对接。 每台半自动化数据采集终端的设备参数和工序参数设置、每天的工作任务 安排都由生管主控台那边统计设置和控制。 半自动化数据采集终端又通过互联网或局域网同后台的ERP 服务器进行信 息的交换。 3. 4 半自动化数据采集终端设备硬件特点 1、CPU 处理器：随着数字电路技术的发展，数据采集终端大多采用16 位或是 更好的 32 位 CPU（中央微处理器）。CPU 的位数、主频等指标的提高，使得数 据采集器的数据采集处理能力、 处理速度要求越来越

16、高。 使用户的现场工作效率 得到改善。 2、 手持终端内存： 目前大多数产品采用FLASH-ROM+ RAM型内存。操作系统、 应用程序、字库文件等重要的文件存储在FLASH-ROM 里面，即使长期的不供 电也能够保持。采集的数据存储在RAM 里面，依靠电池、后备电池保持数据。 由于 RAM 的读写速度较快，使得操作的速度能够得到保证。手持终端内存容量 的大小，决定了一次能处理的数据容量。 3、功耗：包括条码扫描设备的功耗、显示屏的功耗、CPU 的功耗等及部分。由 电池支持工作。 4、输入设备：包括条码扫描输入、键盘输入两种方式。 5、显示输出：目前的数据采集器大都具备大屏液晶显示屏。能够显示

17、中英文、 图形等各种用户信息。 同时在显示精度、屏幕的工业性能上面都有较严格的要求。 6、与计算机系统的通讯能力：作为计算机网络系统的延伸，手持终端采集的数 据及处理结果要与计算机系统交换信息。 7、外围设备驱动能力： 利用数据采集器的串口、红外口，可以联接各种标准串口设备，或者通过串-并 转换可以连结各种并口设备。包括：串并口打印机、调制解调器等，实现电脑的 各种功能 4. 半自动化数据采集终端设备开发方案 4.1 设备网络拓朴图 数据库服务器 上位机 下位机下位机下位机下位机下位机 上位机 上位机 下位机 数据库服务器接收/发送来自上位机的数据操作的请求 向上位机请求数 据、接收上位机 发

18、送下来的数据 向上位机请求数 据、接收上位机 发送下来的数据 向上位机请求数 据、接收上位机 发送下来的数据 向上位机请求数 据、接收上位机 发送下来的数据 向上位机请求数 据、接收上位机 发送下来的数据 向上位机请求数 据、接收上位机 发送下来的数据 向下位 机发送 数据及 接收下 位机发 送上来 的数据 向下位 机发送 数据及 接收下 位机发 送上来 的数据 向数据库 服务器请 求数据及 将下位机 发送上来 的数据转 换为数据 库操作脚 本运行 向数据库服务器请求数据及 将下位机发送上来的数据转 换为数据库操作脚本运行 向数据库 服务器请 求数据及 将下位机 发送上来 的数据转 换为数据

19、库操作脚 本运行 向下位 机发送 数据及 接收下 位机发 送上来 的数据 4.2数据发送接收流程图 上位机 数据库服务器 下位机 下位机数据接 收成功与否 上位机数据接收 成功与否 上位机发 送数据到 下位机 接收成功，下 位机将返回个 成功信号给上 位机，并终止 此数据的发送 下位机接收失败， 则上位机再发数 据，如果发送三次 都失败则停止发 送，将此数据丢失 下位机发 送数据到 上位机 上位机接收失 败，则下位机再 发数据，如果发 送三次都失败则 停止发送，将此 数据丢失 接收成功，上位机将 返回个成功信号给下 位机，并终止此数据 的发送 上位机向 服务器发 送请求数 据更新请 求 服务器

20、将数 据发送到上 位机或发送 更新成功与 否标识 4.3 流程明细说明 （1）上位机与数据库服务器可以同一台电脑也可以上位机多台连接一台数据库 服务器，上位 机电脑与数据库服务器电脑必须保持随时开机的状态。 （2）下位机通过 RS232、RS485、网线与上位机进行连接通信。 （3）下位机一开机则进入欢迎界面、显示公司的标志并提供输入操作员工号功 能。 （4）操作员通过下位机输入或通过外接设备扫描操作员的工号，输入完按确认， 下位机将发 送操作员工号信息到上位机。 （5）上位机接收到工号信息则发送信息给下位机表示接收成功，上位机根据操 作员工号到数 据库服务器取该员工今天要进行生产的工序及未完

21、成的工序。 （6）上位机取到该员工的数据后将数据发送到下位机。 （7）下位机接收完数据后将显示该员工的要生产的工序的相关内容。由员工选 择某一工序进 行生产。 （8）员工生产完成或生产部分产品要提交给其它工序人员生产时将在下位机里 输入数量（或 通过其它外接设备扫描生产数量） ，输入完数据后按确认，下位机将该员工生产 的工序 及生产数量发送到上位机。 上位机如果返回接收成功后， 下位机将刷新该工序的 生产数量。 （9）上位机接收到下位机发送的生产情况数据后将解析生产数据，数据解析完 则将生产数据 抛回数据库服务器以便下一道工序生产用或统计生产情况使用。 4.4 下位机说明 （1） ：下位机开机

22、界面 （2） ：下位机生产界面 下面界面中只有实作数量位置可以输入，其它地方是从上位机取得的数据。 （3） ：按键说明 09 键：数字按键 REF 键：重新从上位机取数键 箭头向上键：取上一条工序数据 箭头向下键：取下一条工序数据 ENT 键：确认键 （输入工号或实作数量按此键将数据发送到上位机） ESC 键：取消键 （输入工号或实作数量按此键将删除输入的数据） 5、半自动化数据采集终端系统应用价值 进一步改进现有的操作流程，实现企业管理层和车间管理层一体化标准运 作，从而更加有效地缩短产品周期，提高劳动生产率。 进一步改造信息技术基础设施，实现公司内部信息和数据的集中管理，从根 本上减少信息和数据内部流通的时间。 以实时数据为依据的生成计划更加正确及时地反映整个生产情况。 实现公司上、下层物流、资金流、信息流三流合一，提高公司的决策水平， 促使公司生产、经营、管理业务的全面优化。