在制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮中，將PLC（可編程邏輯控制器）設(shè)備數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定地采集至MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程透明化、智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文詳細(xì)闡述了通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)采集并傳輸至MES系統(tǒng)的技術(shù)方案，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集流程、關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)以及實(shí)際應(yīng)用案例，旨在為制造企業(yè)提供一套可行的數(shù)據(jù)集成解決方案。

一、引言

隨著工業(yè)4.0和智能制造理念的深入發(fā)展，制造企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和決策支持需求日益迫切。PLC作為工業(yè)自動(dòng)化控制的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)采集和控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)。而MES系統(tǒng)則處于企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)（PCS）之間，承擔(dān)著生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行、生產(chǎn)過程監(jiān)控、質(zhì)量管理等重要職能。

將PLC數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)地采集到MES系統(tǒng)，能夠?yàn)镸ES系統(tǒng)提供豐富的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的精細(xì)化管理，提高生產(chǎn)效率、降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量。

二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于網(wǎng)關(guān)的PLC數(shù)據(jù)采集與MES系統(tǒng)集成方案主要由三部分組成：PLC設(shè)備層、工業(yè)網(wǎng)關(guān)層和MES系統(tǒng)層。

2.1 PLC設(shè)備層

PLC設(shè)備層包含工廠內(nèi)各種類型的PLC控制器，如西門子、三菱、歐姆龍等品牌的PLC。這些PLC分布在不同的生產(chǎn)線上，負(fù)責(zé)采集生產(chǎn)線上的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)參數(shù)、質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)等信息，并通過自身的通信接口（如以太網(wǎng)口、串口等）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)外傳輸。

2.2 工業(yè)網(wǎng)關(guān)層（以御控網(wǎng)關(guān)為例）

御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)是連接PLC設(shè)備層和MES系統(tǒng)層的關(guān)鍵設(shè)備，它具有數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存、邊緣計(jì)算等功能。御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)通過與不同類型的PLC建立通信連接，采集PLC中的數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和格式轉(zhuǎn)換，然后通過以太網(wǎng)、4G等通信方式將數(shù)據(jù)傳輸至MES系統(tǒng)。

2.3 MES系統(tǒng)層

MES系統(tǒng)層接收來自御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和展示。MES系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)過程追溯、質(zhì)量管理等功能，為企業(yè)的生產(chǎn)管理提供決策支持。

三、數(shù)據(jù)采集流程

基于御控網(wǎng)關(guān)的PLC數(shù)據(jù)采集流程主要包括以下幾個(gè)步驟：

3.1 網(wǎng)關(guān)配置

首先，需要對(duì)御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置，包括設(shè)置御控網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（如IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)IP等）、與PLC的通信參數(shù)（如PLC型號(hào)、通信協(xié)議、通信端口、寄存器地址等）以及與MES系統(tǒng)的通信參數(shù)（如MES系統(tǒng)的服務(wù)器地址、端口號(hào)、數(shù)據(jù)接口格式等）。通過御控網(wǎng)關(guān)的配置界面或配置工具，可以方便地完成這些參數(shù)的設(shè)置。

3.2 PLC數(shù)據(jù)采集

御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)按照配置的通信參數(shù)與PLC建立通信連接，并定期輪詢PLC中的寄存器地址，采集所需的設(shè)備數(shù)據(jù)。不同的PLC品牌和型號(hào)支持的通信協(xié)議可能不同，常見的PLC通信協(xié)議有Modbus、Profinet、EtherNet/IP等。御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備多種通信協(xié)議的解析能力，以實(shí)現(xiàn)與不同類型PLC的通信。

3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

采集到的PLC數(shù)據(jù)可能存在格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)冗余、異常值等問題，因此需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換（如將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)濾波（去除噪聲數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)聚合（將多個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并）等操作，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。

3.4 數(shù)據(jù)傳輸

經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)將其按照與MES系統(tǒng)約定的數(shù)據(jù)接口格式進(jìn)行封裝，并通過以太網(wǎng)、4G等通信方式將數(shù)據(jù)傳輸至MES系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性和安全性，可以采用數(shù)據(jù)加密、斷點(diǎn)續(xù)傳等技術(shù)。

3.5 MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收與處理

MES系統(tǒng)接收到來自御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)后，將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，并進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。MES系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)生成各種報(bào)表和圖表，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化監(jiān)控；同時(shí)，還可以根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和算法，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警和優(yōu)化調(diào)度。

四、關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

4.1 多種通信協(xié)議支持

由于工廠內(nèi)可能存在多種品牌和型號(hào)的PLC，御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)支持多種PLC通信協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)與不同PLC的無縫對(duì)接。這要求御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備強(qiáng)大的協(xié)議解析和轉(zhuǎn)換能力，能夠準(zhǔn)確理解和處理各種協(xié)議格式的數(shù)據(jù)。

4.2 邊緣計(jì)算能力

在數(shù)據(jù)采集過程中，御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備一定的邊緣計(jì)算能力，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的分析和處理。在御控網(wǎng)關(guān)端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)過濾、聚合和簡單計(jì)算，減少不必要的數(shù)據(jù)傳輸，降低網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，同時(shí)提高數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性。

4.3 數(shù)據(jù)安全與可靠性

工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)的安全性和可靠性要求較高。在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中，需要采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)，防止數(shù)據(jù)被竊取和篡改；同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的斷點(diǎn)續(xù)傳功能，確保在網(wǎng)絡(luò)故障等異常情況下，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后能夠自動(dòng)續(xù)傳。

4.4 網(wǎng)關(guān)的穩(wěn)定性與可維護(hù)性

御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)通常部署在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，工作環(huán)境較為惡劣，具備良好的穩(wěn)定性和可靠性。御控網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)寬溫范圍等特點(diǎn)。此外，為了方便御控網(wǎng)關(guān)的維護(hù)和管理，御控提供遠(yuǎn)程配置、故障診斷和軟件升級(jí)等功能。

五、實(shí)際應(yīng)用案例

某汽車零部件制造企業(yè)擁有多條自動(dòng)化生產(chǎn)線，生產(chǎn)線上的設(shè)備采用不同品牌的PLC進(jìn)行控制。為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理，該企業(yè)決定將PLC數(shù)據(jù)采集到MES系統(tǒng)中。

5.1 方案實(shí)施

網(wǎng)關(guān)選型與配置：根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)PLC的品牌和型號(hào)，選擇了支持多種通信協(xié)議的御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)。對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、PLC通信參數(shù)和MES系統(tǒng)通信參數(shù)的配置，確保御控網(wǎng)關(guān)能夠與PLC和MES系統(tǒng)正常通信。

數(shù)據(jù)采集與傳輸：御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)按照配置的參數(shù)采集PLC中的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)參數(shù)等信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸至MES系統(tǒng)。

MES系統(tǒng)集成：對(duì)MES系統(tǒng)進(jìn)行了定制開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了與御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)接口對(duì)接。MES系統(tǒng)接收并存儲(chǔ)來自網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析生成各種生產(chǎn)報(bào)表和圖表，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的可視化監(jiān)控和管理。

5.2 實(shí)施效果

生產(chǎn)過程透明化：通過將PLC數(shù)據(jù)采集到MES系統(tǒng)，企業(yè)管理人員可以實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)線上設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度等信息，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的透明化管理。

生產(chǎn)效率提升：MES系統(tǒng)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度和優(yōu)化，減少了設(shè)備閑置時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)施該方案后，企業(yè)的生產(chǎn)效率提高了15%左右。

質(zhì)量管理加強(qiáng)：通過對(duì)生產(chǎn)過程中質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集和分析，MES系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題并進(jìn)行預(yù)警，幫助企業(yè)加強(qiáng)質(zhì)量管理，降低了產(chǎn)品的不良率。

六、結(jié)論

通過御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)采集到MES系統(tǒng)是一種可行、高效的解決方案。該方案能夠解決不同品牌和型號(hào)PLC與MES系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成問題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和分析，為制造企業(yè)的生產(chǎn)管理提供有力支持。

在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)企業(yè)的具體需求和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，選擇合適型號(hào)的御控工業(yè)網(wǎng)關(guān)，并進(jìn)行合理的系統(tǒng)配置和集成開發(fā)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于御控網(wǎng)關(guān)的PLC數(shù)據(jù)采集與MES系統(tǒng)集成方案將在制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮越來越重要的作用。

審核編輯 黃宇