王 毅， 張辰星

（中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

工業(yè)從1.0 時(shí)代發(fā)展到4.0 時(shí)代，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了生產(chǎn)制造本身，更多表現(xiàn)為企業(yè)如何精準(zhǔn)控制成本，按需、快速、個(gè)性化地完成定制生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管理和營(yíng)銷方式的變革，逐步增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。綜合來(lái)看，工業(yè)應(yīng)用體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的三大特點(diǎn)，這對(duì)整個(gè)生產(chǎn)制造周期提出了諸多方面的挑戰(zhàn)。隨著海量的設(shè)備接入使得身份鑒定、設(shè)備管理等成為工業(yè)安全的隱患。當(dāng)前智能生產(chǎn)線中，高度協(xié)同的生產(chǎn)單元涉及各種生產(chǎn)設(shè)備，這些設(shè)備的身份辨識(shí)可信、身份管理可信、設(shè)備訪問(wèn)控制可信是多方協(xié)作的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的高效、可信、安全地交換設(shè)備信息的關(guān)鍵，同時(shí)，這也對(duì)設(shè)備全生命周期的管理過(guò)程及企業(yè)智能化管理提出了新的要求。

CIM生產(chǎn)智能采集系統(tǒng)，是一種專門針對(duì)在區(qū)塊鏈工業(yè)化生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)全方位管理的智能處理方案，其終端可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)識(shí)別、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)備份以及信息傳輸?shù)榷喾N功能，還可以通過(guò)控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)大量終端設(shè)備的管理和控制。通過(guò)終端與MES（后臺(tái)管理系統(tǒng)）的配合，實(shí)現(xiàn)流水線控制、物料跟蹤及可追溯等管理功能，被越來(lái)越多的現(xiàn)代企業(yè)重視及應(yīng)用。

1 目前CIM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及SFC 優(yōu)勢(shì)

1.1 CIM系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前針對(duì)CIM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就編程載體來(lái)說(shuō)，主要分為工控機(jī)及可編程控制器（PLC）兩種方式，其中又以PLC 編程最為多見(jiàn)。PLC 編程邏輯性強(qiáng)，但對(duì)軟件工程師要求較高，對(duì)于需要存儲(chǔ)、處理、傳輸大量信息的CIM系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，若按照常規(guī)思路設(shè)計(jì)程序，會(huì)產(chǎn)生大量繁雜的工作，同時(shí)又不利于后期系統(tǒng)的維護(hù)[1]。

以面板生產(chǎn)廠家所使用的自動(dòng)化生產(chǎn)線為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，在用PLC 設(shè)計(jì)CIM 系統(tǒng)時(shí)，目前很少有人采用順序功能圖（Sequential Function Chart，SFC）的設(shè)計(jì)方式，究其原因，一來(lái)是因?yàn)镃IM系統(tǒng)屬于智能制造下的新產(chǎn)物，在行業(yè)內(nèi)并沒(méi)有形成統(tǒng)一的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)；二來(lái)是CIM程序載體繁多，有三菱、歐姆龍、松下及其他可編程控制器等，其中有些可編程控制器是不支持SFC 功能的。傳統(tǒng)編程方法如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)編程方法

CIM系統(tǒng)要求具備極高的通訊速度，在信息處理中，若采用傳統(tǒng)梯形圖或結(jié)構(gòu)化編程，往往在監(jiān)控時(shí)不容易捕捉目標(biāo)點(diǎn)；同時(shí)，對(duì)于邏輯規(guī)范明顯的項(xiàng)目，從頭至尾的編程方式，又突顯了傳統(tǒng)方法的不足，因此在程序設(shè)計(jì)時(shí)，采用一種既能方便設(shè)計(jì)，又方便監(jiān)控，同時(shí)又具可維護(hù)性的設(shè)計(jì)方法，顯得尤為重要。

1.2 SFC 在CIM設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

順序功能圖(Sequential Function Chart，SFC)是分析和設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)順控程序的重要工具，同時(shí)又是一種PLC 編程語(yǔ)言。它主要由步、動(dòng)作和轉(zhuǎn)換組成。通過(guò)將一個(gè)復(fù)雜的順控過(guò)程分解為一些小的工作步序，對(duì)每個(gè)工步的功能分別處理后再將它們依順序連接，組合成整體的控制程序。它提供了一種組織程序的圖形方法，體現(xiàn)了一種編程思路，主要表述為是由一個(gè)狀態(tài)在滿足一定的轉(zhuǎn)換條件時(shí)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)即為“步”。所以，順序功能圖也稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如圖2 所示。

圖2 SFC 示意圖

CIM系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：一是區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)設(shè)備向CIMPC 上報(bào)事件；二是CIM PC 向節(jié)點(diǎn)設(shè)備下發(fā)指令；三是節(jié)點(diǎn)設(shè)備與CIM PC 之間的數(shù)據(jù)交互。無(wú)論哪一種形式的信息交互，都有時(shí)序固定、邏輯清晰這兩個(gè)特點(diǎn)，而SFC 編程方式，本身又適用于時(shí)序固定及邏輯性強(qiáng)的大型程序的設(shè)計(jì)，因此，SFC 為CIM系統(tǒng)提供了一種很好的設(shè)計(jì)方法。

2 程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)基于三菱 Q06UDV CPU， 使用MELSOFT GX Works2 進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)區(qū)塊鏈中某節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)包的上報(bào)及控制。本文以某項(xiàng)目CIM 系統(tǒng)中的一部分—上料Port 為例，闡述設(shè)計(jì)思想及相應(yīng)成果[2-3]。

上料Port 主要實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的接收，根據(jù)某智能工廠關(guān)于CIM 的通用規(guī)格，上料Port 處，主要根據(jù)不同的節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)更新Port 狀態(tài)，并上報(bào)給CIMPC，CIMPC 根據(jù)Port 口狀態(tài)及其信息流，給對(duì)應(yīng)設(shè)備下發(fā)指令及信息，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備Port 口的管控及上料進(jìn)程。CIM信息上報(bào)設(shè)計(jì)流程圖，如圖3 所示。

上料請(qǐng)求后，本區(qū)塊鏈設(shè)備向CIM PC 報(bào)送“Port No Cassette Exist”狀態(tài)，待MES 系統(tǒng)回復(fù)后，執(zhí)行掃碼流程，并報(bào)送“VCR Read Result Report”事件，MES 確認(rèn)回復(fù)后，報(bào)“Port Cassette Exist”狀態(tài)，MES收到Exist 狀態(tài)后，給設(shè)備回復(fù)，設(shè)備向MES 請(qǐng)求“Port Tray Quantity Request”，MES 根據(jù)設(shè)備請(qǐng)求內(nèi)容，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，并下發(fā)相應(yīng)信息給請(qǐng)求者，若查詢OK，區(qū)塊鏈設(shè)備切成“Waiting for data”狀態(tài)，并執(zhí)行信息下載；若查詢NG，區(qū)塊鏈報(bào)警，并跳轉(zhuǎn)離開。

當(dāng)區(qū)塊鏈設(shè)備得到產(chǎn)品信息后，將設(shè)備狀態(tài)切成“Waiting for start”狀態(tài)，MES 下發(fā)PPID 信息，區(qū)塊鏈設(shè)備自動(dòng)分析查詢PPID，若符合本機(jī)Recipe，切設(shè)備狀態(tài)為“Waiting for processing”并Receive；若PPID 中所含信息可以在本區(qū)塊設(shè)備中找到，且是合法信息，區(qū)塊設(shè)備自動(dòng)切換Recipe，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行相應(yīng)流程；若MES 直接Cancel，區(qū)塊鏈設(shè)備停止進(jìn)料，并跳轉(zhuǎn)到下料流程。程序設(shè)計(jì)如圖4 所示[4]。

圖3 Port 處CIM 信息設(shè)計(jì)流程圖

圖4 程序設(shè)計(jì)界面

3 結(jié)論

1）通過(guò)本設(shè)計(jì)可以看出，SFC 編程方法在應(yīng)用時(shí)，程序不同于傳統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)，而是通過(guò)繪制功能流程圖實(shí)現(xiàn)。SFC 編程方法富有邏輯性且直觀，易于在復(fù)雜邏輯程序中高效編程、檢查、調(diào)試和修改，而時(shí)下在工業(yè)生產(chǎn)中最熱門的CIM 系統(tǒng)，對(duì)上報(bào)信息的時(shí)序性要求相對(duì)固定，正好符合SFC 編程的特點(diǎn)。

2）將三菱SFC 編程的方法應(yīng)用在某智能工廠CIM系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)踐中，項(xiàng)目實(shí)踐結(jié)果表明：通過(guò)采用SFC 編程方法，很大程度上提高了CIM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率；該控制系統(tǒng)功能穩(wěn)定，使用方便，又具有良好的可維護(hù)性；若可編程控制器不支持SFC 功能，亦可在梯形圖程序的設(shè)計(jì)中采用此思想，對(duì)CIM 系統(tǒng)的開發(fā)會(huì)大有幫助。