基于MES 系统的企业信息化系统的集成

李 坤

为了解决卷烟包装企业各信息系统间相对独立，对企业日常生产相关的信息管理带来不便等问题；在卷烟生产各部门调研的基础上，采用S95 标准西门子SIMATIC IT 平台开发出生产执行系统MES，通过OPC、DIS、B/S 与C/S 等方式实现各信息集成；基于MES 系统的信息系统集成，可方便上、下层系统间的有效通信；同时可以减少各系统间对某些特定功能的重复开发，提高开发效率、方便后期的操作和维护。

目前，工业4.0 智能制造的生产创新理念不断涌现，实现智能制造必须有大量的生产现场数据的支撑，各信息化系统的使用为数据采集和分析提供了方便。为了将各信息化系统采集的数据进行集成和共享，方便对数据的分析。结合卷烟包装企业的生产特点，介绍基于SIMATIC IT 平台的生产执行系统MES 与各信息化系统间的数据通信。

根据对卷烟企业生产业务调研，确定各信息系统的功能分工；对SIMATIC IT 平台的MES 系统内部建模环境进行介绍，然后以平台为基础进行基于OPC 实时数据流通信、基于DIS 的XML 文件数据通信，基于B/S 架构与C/S 架构的各信息系统页面集成，最终完成各系统间的数据集成与通信。

需求调研与功能设计

需求调研

根据业务部门的实际需求，通过MES 开发项目组与其他信息化系统开发项目组进行积极沟通；划分MES 项目和其他项目的业务开发范围，减少各系统间对相同业务数据重复开发，后期数据维护也比较麻烦。此次开发，通过有效通信实现MES系统和其他信息化系统的数据共享。

功能设计

生产信息系统MES 处于整个信息化系统的中间层，MES 系统主要数据来源有顶层计划数据和底层采集的反馈数据。集成部位包括（如图1 所示）：底层自动化系统和顶层决策系统。底层自动化控制系统为：制丝集控系统、一号工程系统、卷包数采系统、工业电视系统、物流立库系统、考勤系统、能源管控系统。顶层信息系统包括：ERP 系统和PQM 系统。部分信息化系统的主要功能，ERP 系统主要功能是实现企业资源等决策管理。制丝集控系统负责制丝车间的数据的采集与管理。卷包数采系统负责卷包车间的数据采集与管理。物流立库系统负责各库存信息的统计与管理。能源管控系统负责能源数据采集与管理。

基于S95 标准的MES 系统建模平台

采用S95 标准实现各系统间信息交换，能够减少MES 系统与其他系统集成费用；S95 是标准仪表、系统和自动化协会（ISA）企业控制集成标准，它通过信息集成的标准模型和架构，提高生产制造过程的灵活性。SIMATIC IT 平台是通过按照S95 标准进行开发的，实现S95 标准定义的功能、结构和数据交换接口。

SIMATIC IT平台（如图2所示）是由标准化组件和“框架”（Framework）构成的模块系统，具有符合ISAS95 标准的组件通过“框架”（Framework）连接到建模环境。SIMATIC IT Production Modeler（PM 生产模拟器）作为SIMATIC IT Framework 建模核心工具。SIMATIC IT 组件包括：工单管理组件POM、消息传递组件MSM、材料管理组件MM、报表统计组件RM、人员管理组件PRM。SIMATIC IT 独立组件包括：实时数据采集组件Historian、质量组件UNILAB、生产规范管理组件INTERSPEC。PM 通过COM 和GIS 两种接口方式与各组件间，以数据流的方式进行通信；同时也可以采用DIS 服务器通过connector 连接器，进行各组件间的通信；各组件在PM 平台中以内置的SIMTIC IT 平台中rule 规则形式，采用S95 标准进行信息处理。

图1 MES 系统与外部系统的集成

图2 SIMATIC IT 建模平台

图3 基于OPC 的通信模型

图4 基于DIS 的通信模型

MES 系统与其他系统的集成与通信

为实现通过信息系统有效完成日常生产业务，结合MES 系统处于信息化系统中间层的位置特点；MES 系统与其他系统必须进行准确的数据通信 。基于IT 平台的MES 系统与其他系统数据通信方式主要有三种：基于OPC 的数据通信、基于DIS 的数据通信和基于B/S 与C/S 架构的页面集成。

基于OPC 的MES 系统与底层系统间实时数据的通信

OPC 服务器由三类对象组成（如图3 所示）：数据项（Item）、组（Group）、服务器（Server）。OPC数据项（Item）通常为设备的一个寄存器。多个数据项（Item）构成组（Group），OPC 组（Group）是数据传送的基本单元，通过组可以设置数据变更的速度；并在服务器缓冲区数据变化时，通知客户进行处理，提高数据访问效率。卷烟生产现场底层自动化系统，通过OPC 方式将PLC 现场采集的相关数据以组（Group）对象的方式，传给OPC客户端；MES 系统中独立组件Historian 和实时数据库对数据进行采集和存储；为后续过程统计分析提供数据来源。

基于DIS 的MES 与外部系统间业务数据的通信

（如图4 所示）DIS 是SIMATIC IT 依据S95 标准实现不同系统间进行数据通信的专门软件。其中包含以下相关概念：Connector（连接器）能够实现DIS 服务器与外部系统数据交换的是具体的程序。SQL Server 数据库是来进行数据存储的容器。XML 配置文件是配置DIS与外部系统进行交换的数据格式文件。

DIS 包括服务器和客户端，MES 系统通过DIS 作为数据传输枢纽，外部信息化系统通过DIS 客户端以XML文件的方式将数据传输到MES 系统的DIS 服务器，DIS服务器接受数据存储到数据库，方便后续解析。DIS 服务器通过Connector 可以实现IT 平台内相关组件、IT 独立组件、PM 生产模拟器相连；通过rule 解析的方式实现数据数据处理。MES 系统内部数据也以XML 文件的方式达给其他信息系统。

基于B/S 架构的各系统页面集成

根据生产业务需要，卷烟企业同时开发多个信息化系统，各信息化系统都有自己的页面显示方式，为方便操作人员查看和维护数据信息，将各信息化系统在同页面集中展现。用户在一个页面中操作，而数据信息在不同系统后台进行处理。各信息化系统采用不同的架构进行开发。开发架构分为C/S 架构，即客户端/服务器模式。B/S 架构，即浏览器、服务器模式。采用B/S 架构开发的程序，C/S架构页面可以采用browser 控件调用B/S 界面的IP 地址，实现C/S 与B/S 架构的集成。采用B/S 开发的界面，可以通过调用其他系统B/S 界面的IP 地址，实现B/S 与B/S 架构的集成。采用C/S 架构开发的程序，B/S 开发的页面不能直接集成，通过第三方技术手段将C/S 开发的页面集成到B/S 架构中。采用C/S 开发的界面可以通过应用程序接口的发生调用其他系统开发的C/S 页面。

结语

根据卷烟包装企业信息化技术改造项目，采用用户需求调研的方式，找出各信息系统开发的关键是实现数据共享。基于SIMTIC IT 平台的MES 系统主要通过OPC 和DIS 实现各系统数据的调用、通过B/S 和C/S 架构可实现各信息系统间的页面集成。通过各系统间通信的研究，可以避免各系统间对某些功能的重复开发，提高开发效率、方便后期的操作和维护。