目前，無論是新建還是升級改造項目，其控制系統(tǒng)的規(guī)劃或功能拓展目標都在圍繞著MES系統(tǒng)進行。由于現(xiàn)場級控制系統(tǒng)是MES系統(tǒng)的基礎和支撐，其功能是否完善直接影響MES系統(tǒng)作用的發(fā)揮，因此，探討如何根據(jù)MES系統(tǒng)的理念和功能要求來規(guī)劃或擴展現(xiàn)場控制系統(tǒng)的功能顯得十分必要和迫切。那么，在眾所周知的常規(guī)控制模式下的功能基礎上，還要如何拓展才能讓MES系統(tǒng)充分發(fā)揮作用？筆者通過下文簡要闡述一下自己在學習和實踐中的體會。

1.通信

MES系統(tǒng)中各間以及各控制層之間的信息必須要可以自由流動，為此需要在它們之間構(gòu)建通信網(wǎng)絡。目前常規(guī)的做法是在管理層(監(jiān)控層)與控制層之間通過工業(yè)以太網(wǎng)交換信息，控制層與現(xiàn)場設備層之間通過現(xiàn)場總線交換信息。為了避免不必要的通信轉(zhuǎn)換，控制系統(tǒng)的PLC最好具有進行以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線(Profibus、DeviceNet等)通信的功能。變頻器最好具備對應現(xiàn)場總線的通信接口。智能儀表等裝置最好具有現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)通信接口，如屬于某系統(tǒng)或與某系統(tǒng)關(guān)系緊密，也可在系統(tǒng)內(nèi)進行局域模擬量傳輸。如車間應用了ProfiNet技術(shù)，通信將變得更簡潔，但目前汽車行業(yè)幾乎沒有應用。

2.設備運行狀態(tài)檢測

為了讓MES系統(tǒng)中的監(jiān)控計算機或人機界面能更形象準確地顯示工藝設備整體及其各裝置的運行狀態(tài)，現(xiàn)場控制系統(tǒng)必須對電機、水泵和傳感器等的運行或通斷狀態(tài)進行檢測和判斷。這就需要增設相應的檢測元件，如編碼器，可直接檢測電機是否運行；光電開關(guān)，可檢測工件是否通過或占位；測距開關(guān)，可以檢測移動設備行進距離；壓力開關(guān)，可以檢測是否過載；風速儀，可以間接檢測風機運行與否；接近開關(guān)，可間接反映設備間同步狀態(tài)；電流表，可間接反映電機運行狀態(tài)等。當采用間接方式時，需配合軟件來實現(xiàn)其功能，例如，通過檢測電機運行電流(不包括起動過程)可以間接判斷其是否處于運行狀態(tài)。圖2所示的坐標反映電機的運行電流。上下限值根據(jù)電機實際工作中負載的變化范圍而確定，當電機運行電流在上下限之間時，可認為電機處于運行狀態(tài)，電流為零則處于停止狀態(tài)，其他區(qū)間為故障狀態(tài)。

3.參數(shù)檢測與控制

MES系統(tǒng)檢測與調(diào)整現(xiàn)場參數(shù)的功能主要靠以太網(wǎng)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)。為此，建議在現(xiàn)場PLC與現(xiàn)場設備之間建立數(shù)字量或模擬量的參數(shù)傳遞通道，盡量不采用現(xiàn)場設備與上位機直接通信的方式。以溫度測控為例，有很多種方案，目前比較流行的方案是直接通過PLC的本地或遠程模擬量I/O直接檢測和控制。圖3以遠程模擬量I/O測控為例，上位機和現(xiàn)場人機界面可實現(xiàn)參數(shù)調(diào)整和動態(tài)顯示，上位機還可以記錄和繪制參數(shù)變化曲線等。模擬量I/O根據(jù)變送器信號控制電動調(diào)節(jié)閥的開度以實現(xiàn)溫度調(diào)控。

4.工件或移動設備位置檢測

如上位系統(tǒng)要精確顯示工件或移動設備的行進位置，控制系統(tǒng)應根據(jù)顯示對象的不同配置激光測距傳感器、編碼器或條碼開關(guān)等。激光測距傳感器可直接檢測設備的移動距離；編碼器方案是通過檢測輸出軸轉(zhuǎn)角的變化后再換算成位移的方法；條碼開關(guān)則是通過檢測條碼帶上條碼的變化來確定設備位置，條碼帶須沿設備移動路徑布置安裝。條碼帶的大致形狀。另外，當精度要求不高時，為節(jié)省成本，也可根據(jù)公式s=vt計算移動距離。其中，s為移動距離，v為檢測或換算的設備實際運行(旋轉(zhuǎn))速度，t為運行時間。

5.融入識別系統(tǒng)

車體識別是MES系統(tǒng)的重要組成部分。目前的常用作法是采用RFID技術(shù)將識別系統(tǒng)融入到控制系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)載體在車間的入口處被寫入加工安裝信息并隨工件行進，各工位根據(jù)從數(shù)據(jù)載體中讀到的信息完成工藝作業(yè)，然后再將必要的過程信息寫入數(shù)據(jù)載體。一般情況下，在重要工藝段前后及分類道岔前必須設置讀寫站。

6.傳感器的冗余設置

在構(gòu)建了MES系統(tǒng)的生產(chǎn)車間里，傳感器的冗余設置是十分必要的。冗余不僅可以提高設備運行的可靠性和效率，還能為故障判斷創(chuàng)造便利條件。一般情況下，在升降機、移行機和翻轉(zhuǎn)機等關(guān)鍵部位都要對位置檢測傳感器進行冗余設置以降低撞車、掉車等的概率，減少因傳感器故障造成的停產(chǎn)，此外，還可以相互成為故障診斷的參照物。

7.信息提示

MES系統(tǒng)注重提升每道工序的質(zhì)量和效率，為此而在工位和生產(chǎn)線上設置的信息提示板可以顯示來自于生產(chǎn)管理系統(tǒng)的加工(安裝)信息及來自于生產(chǎn)線各工位的求援信息等。

8.現(xiàn)場信息的人工讀寫

由于工件的制造信息須伴隨工件始終，為了避免因數(shù)據(jù)丟失而長時間影響后續(xù)作業(yè)，需在現(xiàn)場適當設置人工讀寫站，如工控機、HMI等。該讀寫站應能通過通信網(wǎng)絡讀取上位系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的相關(guān)信息并能將信息寫入數(shù)據(jù)載體或上位系統(tǒng)。一般情況下，應至少在車間的入口、出口以及工件轉(zhuǎn)掛處設置這樣的讀寫站。另外，對讀寫站進行權(quán)限管理也是非常必要的。

9.故障診斷

故障診斷也是MES系統(tǒng)的重要功能。現(xiàn)場PLC將完成很多故障診斷的邏輯并將結(jié)果傳送至上位系統(tǒng)，上位系統(tǒng)再根據(jù)可能性大小按順序進行提示。PLC進行軟件診斷的方法很多，如趨勢分析法、直接參照法和標準延時法等。

10.防錯

不同的車間或不同的工段所采用的防錯方法是有區(qū)別的。以總裝車間的部分內(nèi)飾件裝配工段為例，為了保證裝配工件的準確性，首先須將配件按型號類別分區(qū)放置，再在取配件的通道上安裝光幕或光電開關(guān)等進行動作檢測。

如上所述，MES系統(tǒng)能否充分展示其強大的優(yōu)越性，很大程度上依賴現(xiàn)場控制系統(tǒng)的有效支撐。從另一角度考慮，MES對現(xiàn)場控制系統(tǒng)的新要求將極大地推動現(xiàn)場控制系統(tǒng)的改進和完善。上述拓展功能就是在MES的啟發(fā)下構(gòu)想和體會出來的，但也并非完全局限于MES框架內(nèi)。另外，上文所述未能涵蓋支撐MES的全部功能。