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  編者語：MES制造執行系統的任務就是對生產過程進行優化。在實踐中，把生產現場檢測到的數據傳送到MES制造執行系統卻是一項要求很高的任務：因為沒有這方面的標準。盡管如此，但也可以簡單而又經濟地通過以太網的MSX輸入輸出模塊實現生產現場檢測數據向MES生產制造系統的傳輸。

由于在生產現場也可以看到IT技術的身影，因此就需要通過以太網把生產數據傳送到企業的管理層次中，供企業管理者使用

   提高企業的效率，就必須最有效地去利用一切可用的信息。而實現這種利用的前提條件就是IT系統的兩個層面——計劃層面和執行層面，即管理層面和生產層面能夠相互聯系、相互通信。于是，就誕生了企業資源管理系統，即所謂的ERP系統。而ERP企業資源管理系統的任務中并不包含生產制造環節的管理，因此就出現了連接兩個不同層次系統的MES制造執行系統。

　　用于數據交換的標準化數據接口

　　生產過程的接口以準確地掌控生產現場當前的數據為前提，同時也要求在MES制造執行系統與ERP企業資源管理系統之間有標準化的連接接口，從而實現數據在兩個系統之間的共享。

　　德國標準化委員會頒布的DIN EN 62264標準奠定了在ERP系統和MES系統之間進行數據交換的前提。這一標準的目的是：不受企業自動化程度高低的影響實現和改進企業內部的數據交換。

連接MES制造執行系統和ERP企業資源管理系統的以太網

　　它帶給用戶的主要優點是：

　　（1）在引進新產品時節省時間；

　　（2）更好的集成工具；

　　（3）自動化投資費用較低；

　　（4）更好的按照用戶要求進行設定的可能性；

　　（5）優化了物資的采購和物流。

　　管理和互聯網通信的統一標準提供了控制層和傳感器、執行器層次之間無限制的數據通信能力。另外，數據的可用性、通信和信息交流的質量在企業的領域中都得到了提高，從而提供了舒適的生產監控和遠程監控的能力。

　　為了在企業不同的各個層次中實現暢通無阻的通信，使用像以太網TCP/IT、網絡服務協議（XML格式）或者Modnus傳輸協議等標準化的通信接口是非常有意義的。

　　在生產加工過程中，最經常使用的數據傳輸協議是以太網的數據傳輸協議。由于在IT系統中也能夠看到以太網傳輸協議的身影，因此在企業層次的生產數據傳輸中也常常使用這一傳輸協議（圖1）。另外，完成檢測和控制任務用的傳感器和其他硬件的連接采用了工業企業常見的插接連接和螺紋連接的連接模塊，這也大大擴展了其可用性。

智能化以太網輸入輸出模塊在IT層次（ERP）和制造執行系統（MES）之間的連接

　　準確的檢測點數據和同步的數據采集

　　在要求檢測數據是準確到每一個檢測點的檢測數據且同步采集這些數據時，對以太網的應用就提出了很高的要求。例如，在汽車工業領域中發動機活塞運動和氣缸的檢測有大量這樣的數據，在氣缸和活塞的生產加工中就有著不可忽視的微米級公差。

　　檢測點附近的模擬數據數字化

　　解決同步采集的大量檢測點數據傳輸問題的方法利是采用了智能化以太網連接模塊的分散式配置方式。其中的重要一步就是盡可能的在檢測點處對模擬數據進行數字化處理，以便實現很高的精度，使這些數據具有時間標記。在數據采集點處完成上述處理之后，才把這些數據經以太網傳送出去。這樣一來，傳送到上一級控制系統中與每一個發動機氣缸對應的檢測數據就不會遺失了。這樣，在控制系統中和這些數據的使用設備中，就可以隨時調用全部的檢測數據，不受數據傳送時間和傳送先后順序的影響。

　　例如，某微處理器生產廠希望降低芯片的分辨率，希望對其芯片的生產制造工藝流程進行優化。因此，對生產設備不同地點的溫度、壓力等參數進行檢測并把檢測結果傳送到MES制造執行系統中進行處理就顯得非常有必要了。檢測電子元器件應具有與數據接口兼容的能力，以便可以向任一MES制造執行系統傳送數據。除此以外還因為安裝空間的原因檢測元器件應直接安裝在機床設備上，而不是在電氣控制柜中。大量不同信號數據的采集還應盡可能地同時進行，以保障檢測的可靠性。生產現場所用的以太網應用于檢測數據的傳輸。

　　智能化的以太網模塊非常節約

　　傳統的以太網結構不能滿足這種功能擴展的要求。在滿足一定條件的情況下，智能化的以太網模塊是能夠滿足這一要求的；這些條件是：它自身具有一定的智能，是基于節約型的和高性能的生產過程的以太網系統。只有這樣的系統才能夠實現模擬數據的現場數字化；才能夠任意地對數據進行預處理。這樣就可以以照時間為標記為每一個數據包做卷標，進行計算，進行內插計算或者傳輸到在線RAM緩存中。最重要的是：這些傳輸到MES制造執行系統中的大量數據都是有意義的檢測數據，不是原始數據。也就是說，智能化的以太網模塊應該具有對檢測到的溫度、壓力、長度等原始物理數據進行轉換的能力。這樣就可以方便地在產品生產過程中識別和評判生產過程的變化了。

拓展模塊示意圖

　　第二個重要的條件就是這種以太網模塊的工業適應性問題。為了提高檢測數據的質量，應該直接在機床或者被測工件處采集檢測數據。這就要求以太網的輸入輸出模塊具有很強的抗振動性能、很高的抗干擾性能、非常堅固或者很好的抗噴射水的能力。因此，堅固的外殼、螺栓連接、使用大量過濾器、靜電隔離和IP 65的安全防護等級，成為安全采集生產數據的前提條件。

　　若電子數據采集設備要通過以太網進行連接，則必須滿足第三個條件：因為經以太網采集到的數據要直接傳輸到MES制造執行系統或者ERP企業資源管理系統（圖2）。由Addi-Data公司研發生產的MSX模塊是專門為直接在檢測現場使用而研發的模塊，滿足了上述各種要求。為實現這些應用，它可使用多種不同的信號：采集壓力、溫度和長度的數字輸入輸出、模擬輸入輸出以及大量的其他信號。它的設計適合于在惡劣的工作環境中使用，具有IP 65的安全防護等級，具有多種多樣的安全防護措施。為了避免支付專利使用費和升級強制，在MSX-E模塊中安裝了Embedded-Linux操作系統。嵌入的Embedded網絡服務器允許用戶方便地進行以太網模塊配置；使之具有多種多樣有意義的調用可能性，例如能夠連續地對存儲器中寄存的檢測數據進行更新，自動刷新模塊，能夠提供預先設置數據包的排序模塊。

　　保障數據傳輸性能的以太網模塊

　　這種以太網模塊配備的是ARM9微處理器。它為用戶提供了對所采集數據進行運算的能力、轉換為物理數據的能力以及存儲數據的能力。最終，這一模塊能夠把檢測到的數據提供給MES制造執行系統或者ERP企業資源管理系統，能夠對檢測到的數據進行有意義的分類篩選，或者在檢測數據更新之后把這些數據傳輸給上一級控制系統。檢測數據的傳輸由一個軟件程序來實現，利用這一軟件程序，一方面用戶可以自己定義MES制造執行系統所需的參數（通道、數據采集時間），另一方面，也允許用戶選擇不同的數據格式，例如選擇My-SQL、SQL-Server、Access和XML格式的數據。這樣，用戶就可以直接利用鼠標點擊來選擇和設置生產過程監控參數。嵌入數據庫可以任意擴大，檢測數據也能以其他數據格式進行傳輸。

　　如果采集到的信號有著不同的信號類型，所采集的信號數據量很大，則以太網信號、24V供電電壓信號、外部設備的24V硬件觸發信號都能從一個模塊傳輸到另一個模塊。利用以太網開關，該模塊還能夠與任意一個以太網硬件相互通信。以太網和TCP/IP協議還能夠結合SOAP簡單對象訪問協議構成遠程計算機的標準訪問模式，允許簡單方便的使用.NET或者其他加工程序。

　　若對硬件有特殊要求時，則以太網輸入輸出模塊能夠自動的與之相互匹配。利用其內置的擴展模塊可以方便的在一個或者多個MSX-E模塊上運行用戶自己設計的應用程序。這又給用戶提供了自己調試軟件程序的可能性，或者委托專業公司研發設計專用程序的可能性。這一模塊所使用的軟件是利用Addi-Data直接編寫的。這樣，用戶就可以使用源代碼，或自己動手編寫專用程序了。這就使得用戶無需更多的專業合作伙伴來修改專用軟件。若把模塊的一些智能化功能和自己編寫的應用軟件結合在一起，就可使以太網模塊控制的檢測系統具有更多的自主應用功能，通過自動啟動調用存儲的應用程序，自動做到開機工作。

　　沒有IPC也能正常工作

　　利用IPC在生產現場直接處理檢測數據是有可能的，但不是必須的。MSX-E模塊可以實現一個細長型的檢測系統：借助于其自有的智能化功能，在獨立工作時，即在使用IPC的情況下也能將有意義的檢測數據、而不是將檢測后未加處理的原始數據提供給MES生產制造管理系統。在拓展模塊（圖3）的幫助下，能夠保障尺寸檢測的精度要求，減少了對工業計算機的依賴。