基于NetLinx的網(wǎng)絡(luò )架構及應用
一、引言
隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展,信息交換的領(lǐng)域正迅速覆蓋工廠(chǎng)的現場(chǎng)設備、控制、管理的各個(gè)層次,覆蓋從工段、車(chē)間、工廠(chǎng)、企業(yè)到整個(gè)世界的市場(chǎng),從而逐步形成了以網(wǎng)絡(luò )集成自動(dòng)化系統為基礎的企業(yè)信息系統。而現在多數工廠(chǎng)里不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品、數種網(wǎng)絡(luò )并存,難以將這么多的設備、網(wǎng)絡(luò )、協(xié)議整合運行,這就嚴重地降低了生產(chǎn)效率,增加了成本,降低了企業(yè)的快速反應能力。面對企業(yè)從底層到頂層全方位自動(dòng)化的要求,在自動(dòng)化領(lǐng)域世界領(lǐng)先的羅克韋爾自動(dòng)化推出了一種無(wú)縫集成的開(kāi)放式結構——NetLinx作為解決方案。
目前在世界范圍內,工業(yè)特別是汽車(chē)制造業(yè)正面臨著(zhù)嚴峻的挑戰。充分利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和管理方式,可以增強生產(chǎn)運行的高效性,滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,保持競爭的領(lǐng)先地位,并獲得最大利潤。湖南長(cháng)豐汽車(chē)制造股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)長(cháng)豐)是全國最大的輕型越野汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家,生產(chǎn)的獵豹汽車(chē)占據當前全國越野車(chē)43%以上的市場(chǎng)份額。但隨著(zhù)生產(chǎn)規模的不斷擴大,在生產(chǎn)和物流管理方面存在的問(wèn)題日益突出,已經(jīng)成為阻礙公司發(fā)展的瓶頸。我們采用成熟的NetLinx開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在工業(yè)設備和高層設備之間提供連接,將底層的現場(chǎng)設備的控制和信息采集、中間層的協(xié)調控制和數據交換、數據的處理與通信以及上層監控與管理整個(gè)結合起來(lái),并且作為子網(wǎng)接入其它類(lèi)型的系統中。實(shí)現生產(chǎn)一線(xiàn)的控制系統與ERP系統中管理者決策信息交互,這將大大提高企業(yè)系統化管理水平,增強企業(yè)市場(chǎng)競爭力。
二、NetLinx的體系結構
NetLinx是羅克韋爾自動(dòng)化利用開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )技術(shù)制定的從頂層到車(chē)間層的無(wú)縫集成策略,其主要思想是將網(wǎng)絡(luò )系統與設備有機地結合在一起,用以監控生產(chǎn),將信息流擴展至整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程,以及利用企業(yè)的其他信息,將工廠(chǎng)各個(gè)車(chē)間連接成網(wǎng)絡(luò ),實(shí)現過(guò)程控制數據與信息方便可靠地在PLC(可編程控制器)、HMI(人機界面)、變頻器、FCS(現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統)、DCS(分布式控制系統)之間進(jìn)行交換傳遞,從而建成一個(gè)透明的、開(kāi)放式結構體系的自動(dòng)化系統。
NetLinx基于三級網(wǎng)絡(luò )層:信息層、控制層以及設備層。其系統結構如圖1所示,各層網(wǎng)絡(luò )的功能非常明晰。
(1)信息層。這一層采用符合標準TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)結構,它提供上層計算機系統通過(guò)以太網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)車(chē)間級的數據,主要為全廠(chǎng)范圍控制系統的數據采集、監控、計算管理、統計、設備維護管理、生產(chǎn)流程以及物流跟蹤服務(wù),同時(shí)可以使計算機訪(fǎng)問(wèn)使用結構化查詢(xún)語(yǔ)言(SQL)的開(kāi)放性數據庫。系統管理員可在這層網(wǎng)絡(luò )上對系統進(jìn)行監控,對控制器中的程序進(jìn)行修改,使計算機系統存取生產(chǎn)現場(chǎng)的數據達到實(shí)時(shí)監控的目標,并對PLC提供支持。由于采用了TCP/IP協(xié)議,可以方便地將工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )接入企業(yè)局域網(wǎng)(Intranet),實(shí)現控制系統和ERP系統的集成。
(2)控制層。它在各個(gè)PLC之間及其與各種智能化控制設備之間進(jìn)行控制數據的交換、控制的協(xié)調、網(wǎng)上編程和程序維護、遠程設備的組態(tài),編程和故障處理,也可以連接各種人機界面產(chǎn)品進(jìn)行監控。這一層上的網(wǎng)絡(luò )稱(chēng)作控制網(wǎng),采用CIP(ControlandInformationProtocol)協(xié)議和生產(chǎn)者/客戶(hù)(Producer/Consumer)模式,這種模式允許網(wǎng)絡(luò )上的所有節點(diǎn)同時(shí)從單個(gè)的數據源存取相同的數據,并共享數據和信息??刂凭W(wǎng)主要完成智能化的高速實(shí)時(shí)控制和I/O數據網(wǎng)絡(luò )以及準確的數據傳輸功能,它滿(mǎn)足連接PLC處理器、HMI以及其它智能化設備所需的實(shí)時(shí)、高信息吞吐量應用的要求。
(3)設備層。在設備層上采用的設備網(wǎng),主要把底層的工業(yè)設備直接連接到車(chē)間控制器上,并對其進(jìn)行配置和監視。這種連接無(wú)需通過(guò)I/O模塊,即可用方便而快速的實(shí)現與工業(yè)現場(chǎng)的大量設備的高速數據的采集,極大地減少了接線(xiàn)。設備網(wǎng)是一種柔性地、開(kāi)放性的網(wǎng)絡(luò ),可與世界上150家以上的廠(chǎng)商提供的產(chǎn)品兼容。
NetLinx與其它工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )相比,具有突出的優(yōu)點(diǎn)。它采用由Net(網(wǎng)絡(luò ))和Linx(開(kāi)放式接口)組成的結構,能更有效地實(shí)現系統組態(tài)、數據采集和控制。其中Net是基于生產(chǎn)者/消費者的通信模型,定義了一系列超級服務(wù)協(xié)議;它支持多播式、事件觸發(fā)、周期性觸發(fā)等發(fā)送機制;它完全獨立于網(wǎng)絡(luò )介質(zhì),可在不同網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)中組態(tài)??刂茖?設備層利用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)把現場(chǎng)設備的信息作為整個(gè)企業(yè)信息網(wǎng)的基礎,提高了控制系統的信息處理能力和運行可靠性,方便了用戶(hù)對系統的組態(tài)、管理和維護。這種開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ),集成了多種網(wǎng)絡(luò )服務(wù),采用通用的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和開(kāi)放的軟件接口,保證了無(wú)縫的信息和控制數據流傳輸。
圖1NetLinx的體系結構
可以方便地與Intranet、Internet連接起來(lái),使得其本來(lái)就很強大的網(wǎng)絡(luò )功能更加強大。
三、長(cháng)豐的物流系統
長(cháng)豐在過(guò)去的生產(chǎn)活動(dòng)中出現的最大問(wèn)題是生產(chǎn)信息的不透明,管理者難以獲知每個(gè)車(chē)間的生產(chǎn)情況,一旦某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節出現問(wèn)題,需要依靠各級管理者層層上報,經(jīng)過(guò)很長(cháng)時(shí)間后才能夠得到處理,造成生產(chǎn)流水線(xiàn)上積壓或停工待料后果,整條生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)節奏就被打亂,給企業(yè)帶來(lái)了相當大的損失。因此現在我們嘗試把控制系統與長(cháng)豐的ERP系統(CF_C2I2)集成,把生產(chǎn)信息收集到管理系統中,使生產(chǎn)管理者能夠實(shí)時(shí)地獲取每個(gè)生產(chǎn)階段的在制品的準確數量和詳細的產(chǎn)品信息,一旦生產(chǎn)出現問(wèn)題,可以及時(shí)處理。在整條生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)施電子看板管理,可以指導生產(chǎn)線(xiàn)上的裝配工作;并且通過(guò)Internet把供貨需求信息傳遞給供貨廠(chǎng)商。
看板管理是實(shí)施拉動(dòng)式JIT(JustinTime,準時(shí)化生產(chǎn))的一種非常有效的手段,它是把看板作為生產(chǎn)指令、取貨指令、運輸指令,用以控制生產(chǎn)和微調作業(yè)計劃,達到生產(chǎn)組織上高效率、高效能、高效益的科學(xué)管理方法。它是以需求作為整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的初始拉動(dòng)點(diǎn),按照需求的品種、數量、時(shí)間和地點(diǎn)來(lái)準時(shí)地組織各環(huán)節生產(chǎn),前工序僅生產(chǎn)后工序所取走的品種和數量,不進(jìn)行多余的生產(chǎn),不設置多余的庫存,使企業(yè)形成一個(gè)逆向的、環(huán)環(huán)相扣的供應鏈。電子看板是看板管理和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相結合的一種信息載體,它將車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)的工藝流程直觀(guān)地反映在監視屏幕上,管理人員可以通過(guò)與屏幕上工藝流程中各對象的交互,動(dòng)態(tài)獲取所需的在制品實(shí)時(shí)信息,對生產(chǎn)現場(chǎng)進(jìn)行監控。
長(cháng)豐的生產(chǎn)過(guò)程分為沖壓、焊裝、涂裝、總裝、檢驗等環(huán)節,我們以長(cháng)豐的總裝為拉動(dòng)起點(diǎn),各生產(chǎn)環(huán)節都以取貨看板為指令,按照后工序的需要組織生產(chǎn)和配送;必要的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )一直向上游延伸至原材料、外協(xié)件的供應商處,供應商按照用戶(hù)生產(chǎn)線(xiàn)需要的時(shí)間、數量和品種實(shí)施生產(chǎn)與運輸,所供應的外協(xié)件不進(jìn)入用戶(hù)倉庫存儲,直送用戶(hù)生產(chǎn)線(xiàn)消耗點(diǎn),從而降低各環(huán)節的庫存成本。同時(shí)通過(guò)發(fā)揮看板的現場(chǎng)自動(dòng)微調功能,平順排產(chǎn)和物流作業(yè),減低調度協(xié)調難度和工作量,提高系統化管理水平。開(kāi)放的NetLinx網(wǎng)絡(luò )集成為實(shí)現JIT生產(chǎn)提供了最合適、最可靠的平臺。
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