在汽車制造行業(yè)，MES與設備層有深入的集成，而PLC集成是最主流的形式。本文主要介紹MES與PLC集成時的幾種握手方式及特點。

方式1：定期抓取數(shù)據

某些設備的關鍵工藝參數(shù)(如變速器軸齒熱處理爐的溫度)非常重要，需要定期抓取以生成實時曲線，及用于長期追溯分析。

這些工藝參數(shù)通常都是模擬量，數(shù)值始終不停地變化。

通常我們可以通過OPC軟件讀取這些數(shù)據，經過精度處理，然后定期寫入實時數(shù)據庫中。

這些數(shù)據的特點是：讀取頻率高，數(shù)據變化小，因此存入數(shù)據庫時會存在大量重復的記錄，而實時數(shù)據庫提供數(shù)據壓縮的功能，特別適合此類數(shù)據的存儲。

方式2：基于條件觸發(fā)

有許多工藝參數(shù)(如螺栓的擰緊值)的收集，主要是用于事后的質量追溯分析的，通常我們會定義一個觸發(fā)信號通知MES讀取。

比如發(fā)動機在某工位完成物理裝配作業(yè)后，PLC會把關鍵的工藝參數(shù)寫入數(shù)據交換區(qū)，然后給DATA_READY信號置位。

而MES會每隔1秒掃描監(jiān)聽DATA_READY信號，當此信號處于高位時，則讀取數(shù)據交換區(qū)的質量追溯數(shù)據。

可參考下圖：

具體握手過程為：

發(fā)動機完成某個裝配步驟，PLC寫入參數(shù)1。

發(fā)動機完成某個裝配步驟，PLC寫入參數(shù)2。

發(fā)動機完成所有物理裝配作業(yè)，PLC將DATA_READY置位。MES讀取參數(shù)1、參數(shù)2。

發(fā)動機準備離開當前工位，PLC將所有數(shù)據復位。

方式3：請求-響應機制，1次握手

這種方式和IT系統(tǒng)的MQ/WEBSERVICE等消息處理機制非常類似。

如發(fā)動機上線工位，MES給PLC下發(fā)工單，過程可參考下圖：

具體握手過程為：

PLC在PLC_MSG寫入請求數(shù)據，如工位，同時將REQUEST_SENT置位。

MES掃描到REQUEST_SENT，讀取PLC_MSG，然后生成工單數(shù)據，并寫入MES_MSG，同時將RESPONSE_SENT置位。

PLC掃描RESPONSE_SENT，讀取MES_MSG并寫入本地數(shù)據塊，然后將REQUEST_SENT和PLC_MSG復位。

MES將所有數(shù)據和控制位復位。

我們可以看出，整個數(shù)據交換的過程只發(fā)生了1個來回，即1-2步，而3-4步是將消息銷毀的動作。

這種方式還有一個特點，就是封裝性好，同樣一個接口，既可以下發(fā)工單，也可以上傳過站數(shù)據，區(qū)別在于PLC_MSG/MES_MSG里存儲的數(shù)據內容不一樣。

方式4：請求-響應機制，2次握手

同樣是發(fā)動機上線的例子，過程可參考下圖：

具體握手過程為：

PLC在PLC_MSG寫入請求數(shù)據，如工位。

PLC將REQUEST_SENT置位。

MES掃描到REQUEST_SENT，讀取PLC_MSG，然后發(fā)送REQUEST_RECEIVED。

MES生成工單數(shù)據，并寫入MES_MSG。

MES將RESPONSE_SENT置位。

PLC掃描RESPONSE_SENT，讀取MES_MSG并寫入本地數(shù)據塊，然后將RESPONSE_RECEIVED置位。

MES掃描RESPONSE_RECEIVED，將所有數(shù)據和控制位復位。

PLC將本地數(shù)據和控制位復位。

我們可以看出，整個過程相當于進行了2次握手，其中1-3步是第1次握手，用于接收請求；4-8步是第2次握手，用于下發(fā)數(shù)據。

我們可以看出，方式4比方式3繁瑣很多，但是這種方式在實際項目中用得還非常多。這是因為完整響應時間可能多達數(shù)秒，而PLC的掃描周期只有幾十毫秒，中間多出的狀態(tài)位可以作為狀態(tài)指示緩解工人等待的焦慮，也可以作為斷點方便通信調試。

方式5：基于工位生產周期

在一些工位，會有多個關鍵的業(yè)務過程，比如發(fā)動機上線工位先上線，然后裝配，最后發(fā)送過站記錄。

那么在一個完整的工位生產周期中，PLC需要和MES做2次數(shù)據交換，第1次下載工單，第2次上傳過站記錄，如下圖所示：

具體握手過程為：

發(fā)動機到達，PLC給ENGINE_ARRIVAL置位。

PLC檢查托盤、設備、物料，條件具備后將STATION_READY置位。

MES將STATION_READY_RECEIVED置位。

MES將工單數(shù)據寫入MES_DATA。

MES將MES_DATA_SENT置位。

PLC將MES_DATA寫入本地數(shù)據塊，并將MES_DATA_RECEIVED置位。

MES復位IT側所有數(shù)據和狀態(tài)位。

PLC開始本工位的裝配作業(yè)，并將發(fā)動機序列號寫入ENGINE_SN。

PLC裝配完成后，PLC將PLC_COMPLETE置位。

MES將PLC_COMPLETE_RECEIVED置位。

MES執(zhí)行過站邏輯，完成后將MES_COMPLETE置位。

PLC將MES_COMPLETE_RECEIVED置位。

MES復位IT側所有數(shù)據和狀態(tài)位。

發(fā)動機準備離開，PLC將ENGINE_LEAVE置位。

PLC復位所有數(shù)據和狀態(tài)位。

我們可以看到，此方式非常繁瑣，但是優(yōu)點是：

生產周期中的關鍵狀態(tài)都有體現(xiàn)，可以很方便地通過HMI進行監(jiān)控。

PLC狀態(tài)對應于實際的生產執(zhí)行情況，發(fā)生問題時容易追蹤。

程序出錯時，可以很直觀地看到通信執(zhí)行到哪一步。

另外，我們還應理解，下載工單和上傳過站記錄都只是完整生產周期的一部分，并且有內在的邏輯聯(lián)系，比如：在裝配的過程上發(fā)現(xiàn)缸體有問題，需要換一個缸體上線，此時由于MES還沒有接收到過站記錄，因此即使在第2次接收到STATION_READY信號時，MES下發(fā)的仍舊是同一個工單，這樣就可以有效避免工單和發(fā)動機序列號的損失。